Il fenomeno del "dewetting" - solitamente considerato un fastidio in quanto fa sì che i solidi si insinuino nelle isole, proprio come le gocce di pioggia sul vetro, è stato sfruttato per un'utile applicazione. Un team guidato da A*STAR ha chiarito come il dewetting può assemblare array di nanostrutture 3-D per applicazioni che includono il rilevamento di singole molecole.

I film allo stato solido appena applicati a dispositivi microelettronici a volte si dividono a temperature molto più basse dei tipici punti di fusione, a causa dell'elevata energia all'interfaccia tra il film e il substrato. Questo effetto di deumidificazione è sempre più problematico su pellicole di dimensioni nanometriche; tuttavia ha anche ispirato i ricercatori alla ricerca di un modo semplice per produrre substrati modellati.

Liangxing Lu dell'A*STAR Institute of High Performance Computing e collaboratori hanno recentemente dimostrato che le pellicole metalliche possono essere trasformate in array di "nano-aperture", piccoli pori con dimensioni controllabili fino a 10 nanometri, eseguendo dewetting su modelli di superficie contenenti 3 MrGreen creste e increspature. Però, il team ha scoperto che i modelli hanno prodotto solo nano-aperture da pellicole metalliche di un certo spessore; altrimenti, apparvero caratteristiche casuali di nanodot.

"Molti fattori influenzano il processo di dewetting, e inoltre ci sono molti tipi di strutture di equilibrio, " dice Lu. "Trovare le condizioni per selezionare morfologie è complesso e difficile."

Per utilizzare la deumidificazione per altre forme di nanostrutture, Lu e colleghi hanno sviluppato un algoritmo personalizzato per simulare la deumidificazione allo stato solido. La loro tecnica calcola tutti i possibili nanopattern per un film dewetting su un modello e individua la configurazione di energia più bassa. Quindi, i calcoli di diffusione mostrano come i movimenti tra le nano-isole adiacenti riducono l'energia libera totale del sistema.

"Questo modello ignora la cinetica dettagliata, e analizza invece i percorsi di diffusione delle morfologie di equilibrio su un dato substrato, " spiega Lu. "Le uniche forze trainanti sono le energie di superficie e di interfaccia, che semplifica il problema".

Attraverso i loro calcoli, i ricercatori hanno prodotto descrizioni dettagliate della coalescenza delle goccioline all'interno di modelli a forma di fossa, e bordare sopra modelli "mesa" simili a tavoli. Quindi, hanno generato diagrammi di fase che hanno identificato il possibile comportamento di dewetting su modelli di forma diversa, linee guida che si sono rivelate utili per le prove di fabbricazione.

I collaboratori dell'Institute of Materials and Research Engineering di A*STAR hanno verificato questo approccio analitico rivestendo modelli mesa alti 100 nanometri con pellicole d'oro, e quindi indotta dewetting riscaldando il substrato. Con immagini al microscopio elettronico, hanno catturato nanomodelli d'oro che corrispondevano alle loro simulazioni di fase, con una sola eccezione:difetti, come bordi di grano, interrotto i modelli naturali di dewetting.

Lu ritiene che tali intuizioni fondamentali sulla fabbricazione potrebbero aiutare a ottimizzare le tecniche di deumidificazione per interconnessioni e reticoli metallici, così come la crescita di morfologie speciali, come i nanofili.