Главные Новости
Владимир Зеленский Техно Кино Автоновости
Новый способ создания сложных структур в тонких пленках
Автор: Allnewsua.live

По словам группы исследователей из Массачусетского технологического института, самосборные материалы, называемые блоксополимерами, которые, как известно, образуют разнообразные предсказуемые регулярные структуры, теперь можно превратить в гораздо более сложные шаблоны, которые могут открыть новые области проектирования материалов.

Новые результаты появились в журнале Nature Communications, в статье постдока И Дина, профессоров материаловедения и инженерии Альфредо Александра-Каца и Кэролайн Росс, а также трех других.

«Это открытие было в некотором смысле случайным, - говорит Александр-Кац. «Все думали, что это невозможно», - говорит он, описывая открытие команды феномена, который позволяет полимерам самостоятельно собираться по шаблонам, которые отличаются от регулярных симметричных массивов.

Самосборные блок-сополимеры представляют собой материалы, чьи цепочечные молекулы, которые изначально неупорядочены, будут самопроизвольно превращаться в периодические структуры. Исследователи обнаружили, что если бы на подложке создавался повторяющийся узор из линий или столбов, а затем на этой поверхности формировалась тонкая пленка блок-сополимера, рисунки с подложки дублировались бы в самосборном материале. Но этот метод может создавать только простые шаблоны, такие как сетки точек или линий.

В новом методе есть два разных, несовпадающих паттерна. Один из набора столбцов или линий, выгравированных на материале подложки, а другой - это характерный рисунок, который создается самосборным сополимером. Например, на подложке может быть прямоугольный рисунок и гексагональная сетка, которую сополимер образует сам по себе. Можно было бы ожидать, что получившаяся структура блоксополимера будет плохо упорядочена, но это не то, что нашла команда. Вместо этого «это создавало нечто гораздо более неожиданное и сложное», - говорит Росс.



Оказалось, что существует тонкий, но сложный вид порядка - взаимосвязанные области, которые формируют немного другие, но регулярные структуры, типа, похожего на квазикристаллы, которые не совсем повторяют то, что делают нормальные кристаллы. В этом случае шаблоны повторяются, но на более длинных расстояниях, чем в обычных кристаллах. «Мы используем преимущества молекулярных процессов для создания этих структур на поверхности» с использованием материала блок-сополимера, говорит Росс.

Это потенциально открывает двери для новых способов создания устройств с индивидуальными характеристиками для оптических систем или для «плазмонных устройств», в которых электромагнитное излучение резонирует с электронами точно настроенными способами, говорят исследователи. Такие устройства требуют очень точного позиционирования и симметрии рисунков с наноразмерными размерами, чего может достичь этот новый метод.

Кэтрин Мизрахи Родригес, которая работала над проектом в качестве студента, объясняет, что команда подготовила многие из этих образцов блоксополимера и изучила их под сканирующим электронным микроскопом. Йи Дин, который работал над этим для своей докторской диссертации, «начал снова и снова оглядываться, чтобы найти какие-нибудь интересные модели», говорит она. «Именно тогда все эти новые открытия как бы развивались».

Получающиеся в результате странные узоры являются «результатом расстройства между узором, который полимер хотел бы сформировать, и шаблоном», объясняет Александр-Кац. Это разочарование приводит к нарушению исходных симметрий и созданию новых субрегионов с различными видами симметрий внутри них, говорит он. «Это решение природы. Пытаясь вписаться в отношения между этими двумя паттернами, возникает третья вещь, которая ломает паттерны их обоих ». Они описывают новые паттерны как« сверхрешетку ».

Создав эти новые структуры, команда продолжила разрабатывать модели для объяснения процесса. Соавтор Karim Gadelrab PhD '19, говорит: «Работа по моделированию показала, что возникающие модели на самом деле являются термодинамически стабильными, и выявила условия, при которых будут формироваться новые модели».



Дин говорит: «Мы полностью понимаем систему с точки зрения термодинамики», а процесс самосборки «позволяет нам создавать тонкие узоры и получать доступ к некоторым новым симметриям, которые иначе сложно изготовить».

Он говорит, что это устраняет некоторые существующие ограничения в дизайне оптических и плазмонных материалов и, таким образом, «создает новый путь» для дизайна материалов.

Пока что работа, которую проделала команда, была ограничена двумерными поверхностями, но в текущей работе они надеются расширить процесс в третье измерение, говорит Росс. «Трехмерное изготовление могло бы изменить игру», - говорит она. Она говорит, что современные технологии изготовления микроустройств создают их по одному слою за раз, но «если вы сможете собрать целиком объекты в 3-D за один раз», это потенциально сделает процесс намного более эффективным.

Эти результаты «открывают новые пути для создания шаблонов для нанопроизводства с симметриями, которых невозможно достичь с помощью одного только сополимера», - говорит Томас П. Рассел, уважаемый профессор Silvio O. Conte в области полимеров в Университете Массачусетса, Амхерст, который участвует в этой работе. Он добавляет, что это «открывает возможность исследования большого пространства параметров для раскрытия других симметрий, отличных от тех, которые обсуждались в рукописи».

Рассел говорит, что «работа наивысшего качества», и добавляет: «Теория и эксперимент сочетаются достаточно мощно, и, как видно из текста, соглашение между ними удивительно хорошее».

Источник: MIT, написанный Дэвидом Л. Чендлером

Перекладено з EN: Technology Org.


Читать также: