Новый процесс, который продемонстрирован инженерами Технологического института Джорджии (Georgia Tech), позволят получать структуры, которые невозможно создать сегодняшними технологиями, такими как осаждение из газовой фазы, индуцированное фокусированным пучком электронов (focused electron beam-induced deposition, FEBID). Кроме того, он обеспечивает гигантский рост производительности и может применяться для одновременного нанесения нескольких материалов, а использование стандартных жидких растворителей расширяет диапазон допустимых прекурсоров.

В процессе FEBID исходные вещества (прекурсоры) вводятся в вакуумную камеру электронного микроскопа в виде газа. Это во-первых сильно замедляет рост структур из-за низкой концентрации строительного материала в газе, а во-вторых ограничивает круг прекурсоров теми, которые доступны в газовой фазе.

Авторы из George Tech добились значительного – на пять порядков величины – ускорения процесса за счёт ввода прямо в вакуумную камеру жидкофазных прекурсоров, несущих электрический заряд. В демонстрации они использовали растворители с низкой летучестью, такие как этиленгликоль, и соль серебра в качестве прекурсора. В растворе соль диссоциировала с образованием катионов серебра, которые давали металлический осадок в результате реакции электрохимического восстановления с использованием вторичных сольватных электронов.

В камеру электронного микроскопа раствор, содержащий ионы нужного материала, подавался системой электровпрыска: через сопло диаметром несколько микрон, на которое воздействовали фокусированным пучком электронов. В результате, материал оказывался на подложке, образуя там точно контролируемую тонкую плёнку жидкости. Электронным луч на плёнке рисовали нужную структуру, доставляя электроны для восстановления металлического серебра из катионов.

Варьируя тип прекурсора, толщину пленки, концентрацию ионов, энергию и ток электронного луча, авторы смогли изготовить всевозможные структуры, в том числе серебряные и углеродные стержни пятимикронной высоты, соединяющие их стены и подвесные галереи. На их выращивание уходило от 2 до 40 секунд. В надежде улучшить точность контроля инженеры Georgia Tech продолжают изучение физики и химии процессов, лежащих в основе этой технологии. Они также планируют адаптировать ее для нужд конкретных приложений.

Результаты работы, осуществлявшейся при поддержке Научного офиса Минэнергетики США, представлены в журнале Nano Letters. В число возможных приложений новой технологии быстрого синтеза электронным лучом 3D-структур со сложной топологией и наноразрешением входят новые конфигурации электродов батарей и топливных элементов, электронная память с вертикальным расположением слоев, мельчайшие устройства для электрохимического преобразования энергии.