یافته‌های جدید محققان درباره استرس کوانتومی در نانوفیلم‌ها کوانتوم و فیزیک جدید

کوانتوم و فیزیک جدید,یافته‌های جدید محققان درباره استرس کوانتومی در نانوفیلم‌ها

یافته‌های جدید محققان درباره استرس کوانتومی در نانوفیلم‌ها کوانتوم و فیزیک جدید

محققان آلمانی موفق به ارائه توضیحات جدیدی پیرامون دلیل افزایش استرس در فیلم‌های آلومینیومی شدند. به گزارش سرویس فناوری ایسنا، این کار درک محققان را از این پدیده افزایش داده و به تولید فیلم‌های مستحکم‌تر کمک شایانی می‌کند. با محدود شدن الکترون در فیلم آلومینیومی با ضخامت چند لایه اتمی، فشار مکانیکی بالایی در این فیلم ایجاد می‌شود، این فشار یک هزار برابر بیشتر از فشار استاندارد اتمسفری است. قلم‌های لیزری مورد استفاده در هارددیسک‌ها، ترانزیستورها، تراشه‌های کامپیوتری و بسیاری از قطعات دیگر الکترونیکی حاوی فیلم‌های نازک فلزی یا نیمه‌هادی هستند. در حین ساخت این فیلم‌ها استرس در آنها پدید می‌آید؛ با این کار خواص مغناطیسی و نوری این قطعات تحت تاثیر قرار می‌گیرد، همچنین شبکه بلوری آنها دستخوش نقص‌هایی می‌شود. همه این مشکلات در نهایت منجر به از کار افتادن قطعه الکتریکی می‌شود. «اریک میتمیجر» از موسسه ماکس پلانک موفق به ایجاد استرسی در این فیلم‌ها شده است، برای این کار او مکانیسم مکانیکی - کوانتومی بهره گرفته است، پدیده‌ای که تا کنون شناخته شده نبوده است. این کار موجب می‌شود استرسی بالا، برابر با یک هزار برابر فشار اتمسفری، روی فیلم ایجاد شود. این اطلاعات به دانشمندان کمک می‌کند تا خواص مکانیکی و نوری این فیلم‌ها را کنترل کنند. همچنین پایداری مکانیکی فیلم‌ها را می‌توان افزایش داد. پیش از این تصور بر این بود که رشد فیلم روی زیرلایه‌های مختلف منجر به تفاوت در شبکه بلوری شده و در نهایت استرس ایجاد می‌شود، اما این گروه تحقیقاتی دریافته است که مکانیسم‌های دیگری نیز در ایجاد استرس دخالت دارند. برای بررسی دلیل این استرس، محققان چندلایه آلومینیوم را روی یک سطح سیلیکونی قرار دادند، به طوری که وضعیت هر لایه‌ را پیش از قرار گرفتن لایه بعدی به دقت بررسی کردند. نتایج کار آنها نشان داد که بعد از هر لایه نشانی، استرس در لایه فیلم تغییر می‌کند؛ آنها دریافتند که با افزایش ضخامت، مقدار استرس می‌تواند در حدود 100 مگاپاسکال تغییر کند، این درحالی است که فشار اتمسفری در کنار دریا 0.1 مگاپاسکال است. ریشه این رفتار در محدودیت الکترون نهفته است، بر اساس مکانیک کوانتوم، الکترون خاصیت موجی ذره‌ای دارد. ضخامت این فیلم در حد چند اتم است که این مقدار از طول موج الکترون بیشتر است، بنابراین الکترون با مرز فیلم برهمکنش می‌دهد و در آن محدود می‌شود که به آن محدودیت کوانتومی گفته می‌شود. این کار از انعطاف‌پذیری الکترون کاسته و موجب می‌شود که الکترون ترازهای انرژی گسسته‌ای را اشغال کند. با تغییر ضخامت فیلم، انرژی الکترون تغییر می‌کند. حالت بهینه برای فیلم زمانی است که انرژی الکترون حداقل باشد و کمترین نوسانات را داشته باشد. با افزایش یا کاهش ضخامت از این حالت ایده‌آل، استرس نیز افزایش می‌یابد. ایسنا

یافته‌های جدید محققان درباره استرس کوانتومی در نانوفیلم‌ها

محققان آلمانی موفق به ارائه توضیحات جدیدی پیرامون دلیل افزایش استرس در فیلم‌های آلومینیومی شدند.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، این کار درک محققان را از این پدیده افزایش داده و به تولید فیلم‌های مستحکم‌تر کمک شایانی می‌کند.

با محدود شدن الکترون در فیلم آلومینیومی با ضخامت چند لایه اتمی، فشار مکانیکی بالایی در این فیلم ایجاد می‌شود، این فشار یک هزار برابر بیشتر از فشار استاندارد اتمسفری است. قلم‌های لیزری مورد استفاده در هارددیسک‌ها، ترانزیستورها، تراشه‌های کامپیوتری و بسیاری از قطعات دیگر الکترونیکی حاوی فیلم‌های نازک فلزی یا نیمه‌هادی هستند. در حین ساخت این فیلم‌ها استرس در آنها پدید می‌آید؛ با این کار خواص مغناطیسی و نوری این قطعات تحت تاثیر قرار می‌گیرد، همچنین شبکه بلوری آنها دستخوش نقص‌هایی می‌شود. همه این مشکلات در نهایت منجر به از کار افتادن قطعه الکتریکی می‌شود.

«اریک میتمیجر» از موسسه ماکس پلانک موفق به ایجاد استرسی در این فیلم‌ها شده است، برای این کار او مکانیسم مکانیکی - کوانتومی بهره گرفته است، پدیده‌ای که تا کنون شناخته شده نبوده است. این کار موجب می‌شود استرسی بالا، برابر با یک هزار برابر فشار اتمسفری، روی فیلم ایجاد شود. این اطلاعات به دانشمندان کمک می‌کند تا خواص مکانیکی و نوری این فیلم‌ها را کنترل کنند. همچنین پایداری مکانیکی فیلم‌ها را می‌توان افزایش داد.

پیش از این تصور بر این بود که رشد فیلم روی زیرلایه‌های مختلف منجر به تفاوت در شبکه بلوری شده و در نهایت استرس ایجاد می‌شود، اما این گروه تحقیقاتی دریافته است که مکانیسم‌های دیگری نیز در ایجاد استرس دخالت دارند.

برای بررسی دلیل این استرس، محققان چندلایه آلومینیوم را روی یک سطح سیلیکونی قرار دادند، به طوری که وضعیت هر لایه‌ را پیش از قرار گرفتن لایه بعدی به دقت بررسی کردند.

نتایج کار آنها نشان داد که بعد از هر لایه نشانی، استرس در لایه فیلم تغییر می‌کند؛ آنها دریافتند که با افزایش ضخامت، مقدار استرس می‌تواند در حدود 100 مگاپاسکال تغییر کند، این درحالی است که فشار اتمسفری در کنار دریا 0.1 مگاپاسکال است.

ریشه این رفتار در محدودیت الکترون نهفته است، بر اساس مکانیک کوانتوم، الکترون خاصیت موجی ذره‌ای دارد. ضخامت این فیلم در حد چند اتم است که این مقدار از طول موج الکترون بیشتر است، بنابراین الکترون با مرز فیلم برهمکنش می‌دهد و در آن محدود می‌شود که به آن محدودیت کوانتومی گفته می‌شود. این کار از انعطاف‌پذیری الکترون کاسته و موجب می‌شود که الکترون ترازهای انرژی گسسته‌ای را اشغال کند. با تغییر ضخامت فیلم، انرژی الکترون تغییر می‌کند.

حالت بهینه برای فیلم زمانی است که انرژی الکترون حداقل باشد و کمترین نوسانات را داشته باشد. با افزایش یا کاهش ضخامت از این حالت ایده‌آل، استرس نیز افزایش می‌یابد.

ایسنا