En forskargrupp vid Clarkson University rapporterar en intressant slutsats som kan få stora effekter på framtiden för nanotillverkning. Deras analys för en modell av processen för slumpmässig sekventiell adsorption (RSA) visar att även en liten oprecision i positionen för gitterlandningsplatserna dramatiskt kan påverka densiteten hos den permanent bildade avlagringen.
Med tillkomsten av nanoteknik, inte bara kan vi deponera små partiklar, men målytorna eller substraten kan skräddarsys för att kontrollera de resulterande strukturerna.
Den här artikeln tar upp precisionen som måste finnas i mönstret av målytan, för att uppnå hög perfektion och hög täckning i mönstret av avsatta partiklar. Att göra detta, den jämför RSA på tre typer av ytor:ett kontinuerligt (icke-mönstrat) galler, en exakt mönstrad yta, och en yta med små osäkerheter i mönstret. Forskarna finner att mycket små osäkerheter kan få RSA att fortsätta som om ytan är kontinuerlig. Konsekvensen är att deponeringsprocessen är mindre effektiv, och den ultimata täckningen är mycket lägre. I processen med RSA, en sammanhängande yta täcks långsamt med en större del av området som förblir obetäckt än en exakt gittermönstrad yta. Tidigare när ytor på vilka mikroskopiska partiklar avsattes var naturligt plana (kontinuerliga) eller hade en gitterstruktur, vikten av små oprecisioner hade inte insetts.
Forskarna förklarar sin analys denna vecka i Journal of Chemical Physics .
Vladimir Privman vid Clarkson University har varit involverad i att studera aspekter av sådana system sedan 2007; dock denna studie, genomförd med doktoranden Han Yan, var den första som övervägde oprecisionen i lokaliseringen av ytgitterplatsen, snarare än i partikelstorlekslikformigheten.
Ursprungligen föreslog av datormodellering, deras resultat härleddes senare av analytiska modellöverväganden som är nya för forskningsområdet RSA.
"Den största svårigheten var att förstå och acceptera det första numeriska fyndet som antydde resultat som verkade kontraintuitiva, ", förklarade Privman. "När väl accepterat, vi kunde faktiskt bekräfta de första fynden, samt generalisera och systematisera dem med analytiska argument."
Förmönstrade substrat har studerats för applikationer som sträcker sig från elektronik till optik, till sensorer, och till riktad kristalltillväxt. De rapporterade resultaten tyder på att ansträngningar för exakt fixerad positionering och objektstorlek i nanotillverkning kan vara kontraproduktivt om de görs som en del av att forma strukturer av RSA, under praktiskt taget oåterkalleliga förhållanden. En viss grad av avslappning, för att tillåta föremål att "vicka sig" till matchande positioner, kan faktiskt vara effektivare för att förbättra både densiteten och bildningshastigheten för de önskade täta strukturerna, sa Privman.
Detta arbete har implikationer som teamet förbereder sig på att utforska.
"Nu när vi har insett att inte bara partikelolikformighet, men även substratmönsters oprecision har betydande effekter på dynamiken i RSA-processen, vi kommer att börja studera olika system och mönstringsgeometrier, expanderar bortom vår ursprungliga modell, sa Privman.
