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2010
Cristalli formati in seguito a incisione assistita da metalli
Controluce - Figure per descrivere
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autore:
Luca Boarino,
affiliazione:
L'immagine
Cristalli formati in seguito a incisione assistita da metalli
I metalli, e in particolare i metalli nobili, vengono di recente
utilizzati per l'incisione di substrati di silicio con un processo che viene chiamato incisione assistita da metalli (abbreviato in MAE, Metal Assisted Etching).
La MAE è finalizzata a ottenere nanofili di silicio (come quelli che formano il "tappeto" inquadrato dall'immagine correlata). I nanofili si silicio (silicon nanowire, SiNW) vengono impiegati per la produzione di dispositivi nei più disparati campi delle nanotecnologie: per rendere più efficiente la raccolta della luce negli impianti fotovoltaici, per la raccolta di energia per
vibrazioni, o ancora per la produzione di superfici autopulenti...
L'immagine principale inquadra i cristalli che si sono formati durante la MAE di un substrato di silicio su cui è stata utilizzata una pellicola di permalloy (si chiamano permalloy le leghe metalliche - in inglese alloy
significa appunto "lega" - caratterizzate da un'alta permeabilità
magnetica; si magnetizzano cioè facilmente quando entrano in un campo
magnetico). Parte dello strato sottile di permalloy si è distaccata dal substrato, riaggregandosi a formare i cristalli, un'altra parte è invece affondata nel substrato di silicio inizialmente compatto, formando la superficie corrugata che si intravede sotto i cristalli.
Nel caso dell'immagine correlata, l'attacco chimico al substrato è
partito da una soluzione di nitrato d'argento in acido fluoridrico e
acqua ossigenata. L'argento in soluzione acquosa da una parte scava le
strutture filiformi nel substrato di silicio, dall'altra tende ad
aggregarsi in cristalli arboiformi, per altro strutturalmente molto
simili a certe formazioni carsiche, come per esempio quelle della
regione di Tsingy in Madagascar.
La tecnica
Microscopio elettronico a scansione (SEM)
Le microfotografie sono state effettuate con un microscopio elettronico a scansione a emissione di campo FEI Inspect F, presso Nanofacility Piemonte, laboratorio dell'Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica di Torino allestito con il contributo della Compagnia di San Paolo.
I microscopi elettronici utilizzano un fascio di elettroni, anziché di
luce. Ciò permette a questi strumenti di raggiungere una
risoluzione vari ordini di grandezza superiore a quella che si può
ottenere con il normale microscopio ottico (che può raggiungere solo l'ordine dei micrometri). L'immagine
principale è stata ottenuta con un ingrandimento di 3000 x, quella associata con un ingrandimento di 25.110 x.
Esistono due tipi principali di
microscopi elettronici: il microscopio elettronico a scansione (SEM) e
il microscopio elettronico a trasmissione (TEM).
Mentre il TEM
permette di osservare il campione “in trasparenza” e può quindi essere
utilizzato solo con fettine ultra-sottili del campione mantenute
perpendicolari al fascio di elettroni, con il SEM si osservano anche
oggetti spessi, che possono venire orientati e ingranditi durante
l'osservazione. La superficie del campione viene infatti "spazzolata"
da un fascio di elettroni e l'immagine viene costruita indirettamente a
partire dagli elettroni riflessi e diffusi dalla superficie
dell'oggetto. Appositi dispositivi consentono sia di orientare il
fascio di elettroni che scansiona il campione, sia il campione rispetto
al fascio. L’oggetto deve però essere inserito in una camera a vuoto,
per evitare il rumore causato dall’interazione degli elettroni con gli
atomi che compongono i gas presenti nell’aria, nonché con la polvere e
altre impurità. Nella camera possono essere posizionati anche diversi
campioni di dimensioni relativamente grandi (fino all'ordine dei
centimetri).
Siccome il microscopio elettronico non usa la luce, l'immagine non può avere alcun colore. Quelli che appaiono nelle immagini sono stati aggiunti con tecniche di fotoritocco digitale per abbellire l'immagine e renderla più chiara.
Cos'e' controluce
Controluce è una raccolta di immagini scientifiche provenienti dai laboratori di ricerca.
La scienza procede per modelli e anche per immagini. L'osservazione dei fenomeni, gli esperimenti di laboratorio, l'intuizione matematica, le simulazioni al computer utilizzano in molti casi la sintesi e la capacità evocativa di un'immagine. Sopratutto, le immagini sono un irrinunciablile ingrediente della comunicazione della scienza, sia interna che esterna a una certa disciplina.
Le immagini di Controluce vengono scelte e descritte da Ulisse con un lavoro di confronto e di dialogo con gli scienziati che le hanno prodotte. Si tratta di immagini che nascono direttamente dall'attività di ricerca, ma che hanno un alto potenziale comunicativo anche per un pubblico più ampio.
