Helsingin yliopistossa tehtiin ennätys atomien eroosiotuotossa

Atomien eroosion perusmitta on eroosiotuotto. Se kertoo, miten monta atomia tulee aineesta keskimäärin ulos yhtä sisään tulevaa atomia kohden. Vastikään havaittu, ja kansainväliselle yleisölle raportoitu, ennätysmäinen eroosiotuotto, liki 1000, syntyi atomien räjähdysmäisestä roiskumisesta nanolangan ympärille. Fyysikoiden tulokset on otettava huomioon seuraavan sukupolven tietokonesiruja suunniteltaessa.

Kun mitä tahansa materiaalia pommitetaan hiukkaskiihdyttimistä tulevilla hyvin korkean energian omaavilla atomeilla, sisään tulevat atomit potkivat ulos materiaalissa alun perin olleita atomeja. Tätä eroosioprosessia hyödynnetään laajasti teollisuudessa ohutkalvojen valmistuksessa, kun taas esimerkiksi puolijohdeteollisuudessa ja avaruudessa ilmiö on materiaaleja haurastava, ja siksi haitallinen.

– Ilmiön tieteellinen perusta on pääosin hyvin tunnettu, kertoo vanhojen eroosioennätysten rikkomisen tietokonesimuloinneilla todistanut professori Kai Nordlund Helsingin yliopiston fysiikan laitokselta.

– Pohjimmiltaan on kyse atomien törmäyksistä toistensa kanssa samaan tapaan kuin biljardipallot törmäävät keskenään — joskus biljardipallo voi parin törmäyksen jälkeen mennä vastakkaiseen suuntaan kuin alkuperäinen sisään tuleva pallo, mikä vastaa atomien eroosiota aineen pinnasta, hän sanoo.

Eroosion perusmitta on eroosiotuotto, luku joka kertoo, miten monta atomia tulee aineesta keskimäärin ulos yhtä sisään tulevaa atomia kohden. Yleensä eroosiotuotto on alle 1, ja aiemmin korkeimmat tunnetut tuottoarvot olivat noin 70.

Nyt professori Kai Nordlundin ryhmä on yhteistyössä brittiläisen Huddersfieldin yliopiston professori Stephen Donnellyn kanssa löytänyt systeemin, jossa eroosiotuotto voi olla noin 1000. Se on maailmanennätys yhden atomin aiheuttamassa vauriotuotossa törmäysprosessien takia.

Tulos syntyi, kun Donnellyn ryhmässä kultananolankoja pommitettiin varatuilla ksenon-atomeilla elektronimikroskoopissa ja Helsingin yliopistossa tehdyt tietokonesimuloinnit osoittivat, että erittäin suuri eroosiotuotto johtui atomien räjähdysmäisestä roiskumisesta nanolangan ympärille kaikkiin suuntiin.

Tulokset on julkaistu fysiikan alan korkeimmalle arvostetussa julkaisusarjassa Physical Review Letters. Niillä on käytännön merkitystä muun muassa puolijohdeteollisuudessa, jossa tietokonesirujen toiminnan mahdollistavien transistorien ytimet ovat nykyään nanolankoja.

– Odotettua paljon suurempi vauriotuotto voi aiheuttaa ongelmia, kun kiihdyttimiä käytetään lankojen valmistuksessa, joten nyt havaitut tulokset täytyy huomioida, kun suunnitellaan seuraavan sukupolven tietokonesiruja, sanoo Nordlund.

Mainokset