(PhysOrg.com) -- Un team di scienziati del Pacific Northwest National Laboratory ha scoperto un nuovo modo per accelerare e rimuovere gli atomi di ossigeno da film sottili di ossido di calcio. University College di Londra, e l'Università di Tohoku. Scegliendo la lunghezza d'onda laser appropriata, hanno trovato un modo per rimuovere l'ossigeno a molte volte la velocità del suono. Gli atomi fuoriescono dalla superficie di film nanostrutturati di ossido di calcio.

Questa ricerca ha implicazioni per la ricerca e lo sviluppo in fotochimica, catalisi, e microelettronica. È stato scelto come copertina di Il Giornale di Chimica Fisica C per il 27 gennaio 2011.

Concentrandosi su nuove e vecchie domande, la ricerca di base ci aiuta a comprendere i principi puri della scienza e fornisce gli elementi costitutivi per risolvere grandi problemi scientifici. In questa nuova ricerca, un team di materiali e fisici teorici ha collaborato per rispondere a domande su come ottenere un maggiore controllo sulle strutture a film sottile. I film sottili sono importanti per la ricerca in fotochimica, catalisi, e microelettronica, e hanno applicazioni in settori come i prodotti farmaceutici e le tecnologie energetiche.

Questo progetto prevede il desorbimento di atomi di ossigeno neutri da un sottile film di ossido di calcio (CaO). Il desorbimento è il processo di rimozione di atomi o altre particelle da una superficie. Puntando un laser ultravioletto sul materiale ad alta superficie, gli atomi di ossigeno neutri vengono desorbiti a diverse volte la velocità del suono.

I ricercatori hanno utilizzato una tecnica sviluppata al PNNL chiamata deposizione balistica reattiva per far crescere un film nanostrutturato di CaO. Usando impulsi laser per eccitare il film, i ricercatori hanno applicato tecniche di tempo di volo per misurare l'energia cinetica e la resa degli atomi di ossigeno desorbiti. Selezionando la lunghezza d'onda del laser, sono stati in grado di produrre atomi altamente energetici dalla superficie del film. L'eccitazione elettronica, noto come eccitone, si forma inizialmente nella massa del materiale. Gli eccitoni sono mobili e possono trasferire energia elettronica alla superficie del film. Una volta in superficie, parte dell'energia degli eccitoni viene incanalata nel desorbimento di atomi di ossigeno neutri ad alta velocità.

Questa ricerca mostra che è possibile manipolare particolari strutture molecolari su una superficie di materiale sintonizzando la lunghezza d'onda del laser. Questa scoperta potrebbe essere utile per manipolare le strutture superficiali a livello atomico. La modifica dei film sottili su una scala molto fine può consentire agli scienziati un migliore controllo sulle strutture dei film sottili.

I ricercatori continuano a lavorare allo sviluppo e all'esplorazione di altri meccanismi per i processi di desorbimento termico dai materiali di ossido.