Observan por vez primera el movimiento de átomos en un escurridizo fenómeno de la física

El movimiento de átomos a través de un material puede causar problemas bajo ciertas circunstancias. La microscopía electrónica con resolución atómica ha permitido a unos investigadores observar por vez primera un fenómeno que ha eludido a los científicos expertos en materiales durante muchas décadas.

En ciertos contextos técnicos, es extremadamente importante que se mantengan los límites entre capas. Un ejemplo lo tenemos en la tecnología de las películas ultradelgadas, que se caracteriza por el uso de películas de varios materiales colocadas unas sobre las otras. El movimiento inducido térmicamente de los átomos a través de un material, la difusión, es algo bien conocido en física. Una clase especial de difusión a lo largo de defectos lineales en un material fue propuesta ya en la década de 1950, pero durante décadas no ha dejado de ser un concepto teórico y los investigadores nunca han conseguido observarla directamente. En su lugar, habitualmente se aplican modelos teóricos y métodos indirectos para medir ese fenómeno, conocido como difusión en tubo de dislocación.

Unos investigadores de la Universidad de Linköping en Suecia, y de la de California en Berkeley, Estados Unidos, han conseguido ahora finalmente observar la migración de átomos entre las capas de una película delgada. El equipo de Magnus Garbrecht (Universidad de Linköping) utilizó microscopía electrónica de barrido por transmisión, con una resolución tan alta que fue posible visualizar las posiciones de los átomos individuales en el material. La muestra que estudiaron fue una película delgada en la cual unas capas de un metal, el nitruro de hafnio, de alrededor de cinco milmillonésimas de metro de grosor, se alternan con capas de un semiconductor, nitruro de escandio.

Los investigadores de la Universidad de Linköping usaron microscopía electrónica de barrido por transmisión para estudiar la difusión en películas delgadas. (Foto: Karin Söderlund Leifler)

Las propiedades de las capas alternadas de esos dos materiales hacen de esta película un candidato adecuado para su uso en, por ejemplo, tecnología de recubrimiento y microelectrónica. Es muy importante, por razones de estabilidad, que las capas de metal y de semiconductor no se mezclen. Los problemas aparecen si los átomos experimentan difusión a través de una entrecapa que forme un puente cerrado entre las capas en la película, algo parecido a un cortocircuito eléctrico.

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