Forskare vid Tyndall National Institute, Irland, har producerat den första någonsin atom-för-atom-simulering av filmtillväxt i nanoskala genom atomär lagerdeposition (ALD) – en tunnfilmsteknik som används vid tillverkning av kiselchips.

Finns i alla elektroniska enheter som kreditkort, mobiltelefoner och datorer, varje chip består av flera tunna lager som ger olika funktioner. ALD har en nyckelroll att spela i tillverkningen av chips med allt tunnare lager för nästa generations elektroniska enheter. Tillväxtsimuleringar kan hjälpa till att förbättra ALD-processen, men tills nu, var inte tillräckligt exakta över experimentella tidsskalor.

Liknande, medan kvantmekaniska simuleringar ger en exakt atom-för-atom-bild av individuella ALD-reaktioner i minsta skala, detta är fortfarande långt ifrån vad som kan mätas i labbet – tills nu. Tyndall-gruppen ledd av Dr Simon Elliott har för första gången kombinerat noggrannheten från den kvantmekaniska nivån med den statistik som behövs för att följa hur tusentals atomer reagerar miljontals gånger i sekunden, bygga upp lager av material, som i labbet.

Mahdi Shirazi, som kommer att tilldelas en doktorsexamen för detta arbete, förklarar vad som skilde hans forskning åt:"Det var avgörande att modellera hela uppsättningen av alla ALD-reaktioner, hundratals av dem, på kvantmekanisk nivå och sedan försiktigt extrahera informationen som behövdes för tillväxtsimuleringarna."

Således, för första gången, vi ser kopplingen mellan kemiska reaktioner atom för atom och tillväxten av materiallager. Detta öppnar vägen för ny och förbättrad ALD-behandling av material för elektroniska chips, men också för katalysatorer, solceller och LED-belysning.

Simuleringarna möjliggjordes genom beräkningskraften hos Irish Center for High End Computing och projektet finansierades av Science Foundation Ireland genom det strategiska forskningsklustret FORME.