(a) Immagini ampie e (b) ingrandite delle piramidi di Si fabbricate. Quattro pendenze corrispondono a superfici di faccette Si{111}. Credito:Ken Hattori
I circuiti integrati ultra-piccoli hanno rivoluzionato i telefoni cellulari, elettrodomestici, macchine, e altre tecnologie quotidiane. Per miniaturizzare ulteriormente l'elettronica e abilitare funzioni avanzate, i circuiti devono essere realizzati in modo affidabile in tre dimensioni. Raggiungere il controllo della forma 3D ultrafine mediante incisione nel silicio è difficile, perché anche i danni su scala atomica riducono le prestazioni del dispositivo. I ricercatori del Nara Institute of Science and Technology (NAIST) hanno pubblicato un nuovo studio in Crescita e design dei cristalli in cui hanno inciso il silicio per assumere la forma di piramidi atomicamente lisce. Rivestire queste piramidi di silicio con un sottile strato di ferro ha conferito proprietà magnetiche che fino ad ora erano solo teoriche.
Il ricercatore NAIST e autore senior dello studio Ken Hattori è ampiamente pubblicato nel campo della nanotecnologia controllata atomicamente. Uno degli obiettivi della ricerca di Hattori è migliorare la funzionalità della tecnologia basata sul silicio.
"Il silicio è il cavallo di battaglia dell'elettronica moderna perché può agire come un semiconduttore o un isolante, ed è un elemento abbondante. Però, i futuri progressi tecnologici richiedono la fabbricazione di dispositivi atomicamente liscia in tre dimensioni, "dice Hattori.
Una combinazione di incisione a secco standard e incisione chimica è necessaria per fabbricare matrici di nanostrutture di silicio a forma di piramide. Fino ad ora, le superfici atomicamente lisce sono state estremamente difficili da preparare.
"La nostra serie ordinata di piramidi di silicio isoscele aveva tutte le stesse dimensioni e aveva piani sfaccettati piatti. Abbiamo confermato questi risultati con modelli di diffrazione elettronica a bassa energia e microscopia elettronica, " spiega l'autore principale dello studio Aydar Irmikimov.
Un ultrasottile, Sul silicio è stato depositato uno strato di ferro di 30 nanometri per conferire proprietà magnetiche insolite. L'orientamento a livello atomico delle piramidi ha definito l'orientamento, e quindi, le proprietà del ferro di rivestimento.
Schemi che rappresentano la sfera di Ewald e le barre reticolari reciproche da una superficie piramidale, riflettendo modelli di diffrazione. Credito:Ken Hattori
"La crescita epitassiale del ferro ha consentito l'anisotropia di forma del nanofilm. La curva per la magnetizzazione in funzione del campo magnetico era di forma rettangolare, ma con punti di rottura causati dal movimento asimmetrico del vortice magnetico legato all'apice della piramide, " spiega Hattori.
I ricercatori hanno scoperto che la curva non aveva punti di rottura in esperimenti analoghi eseguiti su silicio rivestito di ferro planare. Altri ricercatori hanno teoricamente previsto la curva anomala per le forme piramidali, ma i ricercatori NAIST sono i primi ad averlo mostrato in una vera nanostruttura.
"La nostra tecnologia consentirà la fabbricazione di un array magnetico circolare semplicemente regolando la forma del substrato, " dice Irmikimov. Integrazione in tecnologie avanzate come la spintronica, che codificano le informazioni dallo spin piuttosto che dalla carica elettrica di un elettrone, accelererà notevolmente la funzionalità dell'elettronica 3D.
