Ученые из американского Национального Института Стандартов и Технологии (NIST) представили принципиально новый способ фокусировки потока ионов в точку, диаметр которой составляет менее одного нанометра. Поскольку возможности нового подхода весьма вариабельны в зависимости от природы ионов, можно ожидать его применения в широком диапазоне современных нанотехнологий – от тонких операций по изменению свойств полупроводниковых поверхностей до получения высоко разрешенных изображений наноструктур, превосходящих по качеству возможности электронных микроскопов.

Вообще, ионно-лучевые методы могут обеспечить гораздо лучшее изображение наноразмерных поверхностей по сравнению с традиционоой электронной микроскопией, однако наиболее распространенный подход в таком случае – это применение иглы с металлической поверхностью, создающей узко сфокусированный пучок ионов галлия. Для такой фокусировки требуется весьма высокая энергия, а обработка небольшого участка образца приводит к его загрязнению, при этом тяжелые ионы галлия повреждают изучаемую поверхность. Попытки применения в аналогичной технологии других типов ионов не смогли дать удовлетворительных результатов, поскольку ионные пучки не обладали необходимой яркостью или интенсивностью, необходимой для бомбардировки большинства материалов.

Команда ученых из NIST рассмотрела другой подход к созданию сфокусированного ионного пучка с целью добиться отсутствия загрязняющего и повреждающего образец эффектов. Для этого с помощью наложения магнитных полей и лазерного излучения ученые создали ловушку для атомов, которые удерживаются и охлаждаются в ней до сверхнизких температур. Еще один лазерный источник ионизирует это «облако» из атомов, а заряженные частицы, ускоряясь и проходя сквозь узкое отверстие, образуют мощный импульсный ионный пучок. Работающее по такому принципу устройство ученые назвали «MOTIS» – источник ионов на основе магнитооптической ловушки.

Джабез Макклиланд, сотрудник NIST работает над параметрами источника ионов на основе магнитооптической ловушки с целью сфокусировать пучок ионов в нанометровое пятно – новый «нано-скальпель» в руках инженеров в области электроники

«Благодаря возможности лазерного охлаждения атомов до сверхнизких температур, атомы практически не совершают хаотических движений, находясь в ловушке. Поэтому у нас появляется уникальная возможность ускорить частицы и разогнать их в определенном направлении, получая высоко параллельные траектории в пучке, способствующие фокусировке его в очень маленькое пятно», – рассказывает Джабез Макклиланд (Jabez McClelland), сотрудник центра наноразмерных исследований в NIST.

Ученые способны выявить малейшие уширения образующегося пучка, а возможности метода позволяют легко сфокусировать ионы в пятно, диаметр которого меньше одного нанометра. Первые демонстрации нового подхода были проведены на атомах хрома, позволяющих, подобно атомам галлия проявлять высокую яркость и интенсивность ионного пучка при его использовании в качестве «нано-скальпеля». По словам Макклиланда, подобная технология применима для создания ионных пучков на основе самых различных атомов, выбор которых зависит от задачи исследования, в том числе от характеристик работы ионно-лучевым методом во избежание загрязнения образца, а также для повышения контрастности изображений, получаемых при помощи ионно-лучевой микроскопии.

Мария Костюкова