Ultrasmå integrerade kretsar har revolutionerat mobiltelefoner, hushållsapparater, bilar, och andra vardagliga tekniker. För att ytterligare miniatyrisera elektroniken och möjliggöra avancerade funktioner, kretsar måste tillverkas på ett tillförlitligt sätt i tre dimensioner. Att uppnå ultrafin 3D-formkontroll genom att etsa in i kisel är svårt, eftersom även atomskada minskar enhetens prestanda. Forskare vid Nara Institute of Science and Technology (NAIST) har publicerat en ny studie i Kristalltillväxt och design där de etsat kisel för att anta formen av atomsläta pyramider. Att belägga dessa kiselpyramider med ett tunt lager av järn gav magnetiska egenskaper som hittills bara var teoretiska.

NAIST-forskaren och seniorförfattaren till studien Ken Hattori är allmänt publicerad inom området atomärt kontrollerad nanoteknik. Ett fokus för Hattoris forskning är att förbättra funktionaliteten hos kiselbaserad teknik.

"Kisel är den moderna elektronikens arbetshäst eftersom det kan fungera som en halvledare eller en isolator, och det är ett rikligt inslag. Dock, framtida tekniska framsteg kräver atomärt jämn anordningstillverkning i tre dimensioner, säger Hattori.

En kombination av vanlig torretsning och kemisk etsning är nödvändig för att tillverka arrayer av pyramidformade kiselnanostrukturer. Tills nu, atomärt släta ytor har varit extremt utmanande att förbereda.

"Vår ordnade uppsättning av likbenta kiselpyramider var alla av samma storlek och hade platta facettplan. Vi bekräftade dessa fynd genom lågenergielektrondiffraktionsmönster och elektronmikroskopi, " förklarar huvudförfattaren till studien Aydar Irmikimov.

En ultratunn, 30 nanometers lager av järn avsattes på kislet för att ge ovanliga magnetiska egenskaper. Pyramidernas orientering på atomnivå definierade orienteringen, och sålunda, det överliggande järnets egenskaper.

"Epitaxiell tillväxt av järn möjliggjorde formanisotropi av nanofilmen. Kurvan för magnetiseringen som funktion av magnetfältet var rektangulär formad, men med brytpunkter som orsakades av asymmetrisk rörelse av magnetisk virvel bunden i pyramidens spets, " förklarar Hattori.

Forskarna fann att kurvan inte hade några brytpunkter i analoga experiment utförda på plant järnbelagt kisel. Andra forskare har teoretiskt förutspått den anomala kurvan för pyramidformer, men NAIST-forskarna är de första som har visat det i en riktig nanostruktur.

"Vår teknik kommer att möjliggöra tillverkning av en cirkulär magnetisk array helt enkelt genom att justera formen på substratet, " säger Irmikimov. Integrering i avancerad teknik som spintronik, som kodar information genom spin snarare än elektrisk laddning av en elektron, kommer att avsevärt påskynda funktionaliteten hos 3D-elektronik.