Sturen van groei
Al meer dan een eeuw is de groei van dunne lagen op éénkristallijne oppervlakken onderwerp van intensief experimenteel en theoretisch onderzoek. Tot voor kort werd aangenomen, dat de invallende atomen homogeen over het oppervlak verdeeld zijn.
Uit recent onderzoek van ir. Sebastiaan van Dijken aan de Universiteit Twente blijkt echter dat de groei van de film in de nabijheid van 'hobbels' of 'eilanden' op het oppervlak wel een orde van grootte kan variëren.
Bij het groeien van koper op een éénkristallijn koper oppervlak bleek dat de hoek van inval een grote invloed heeft op de structuren die ontstaan. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk om symmetrisch piramides, asymmetrische piramides en stroken te groeien bij verschillende groeihoeken.
Het koper werd bij de experimenten opgedampt vanuit een gloeiend koperplaatje. De energie die inkomende koperatomen in dat geval hebben is slechts 150 meV, terwijl ze vlak bij het oppervlak met een attractieve potentiaal van enkele eV's geconfronteerd worden.
Deze aantrekking, veroorzaakt door Van der Waals krachten, heeft als gevolg dat de inkomende atomen naar uitstekende delen van het oppervlak gezogen worden. Dit focusseringseffect is het krachtigst als de atoombundel niet loodrecht op het oppervlak invalt, maar scherend. Hierdoor ontstaat een asymmetrische atoomstructuur, die in diffractiepatronen te herkennen is, zoals in de figuur linksonder.
In dit geval zijn stroken ontstaan tijdens depositie van 40 atoomlagen koper op Cu(001) bij een invalshoek van 80 graden ten opzichte van de oppervlaktenormaal. De figuur rechtsonder toont een berekende verdeling van invallende atomen op een oppervlak met een één atoom hoog eiland (invalshoek 80 graden).
Een verhoging van de flux boven op eilanden is in de meeste groeisituaties ongewenst: zij leidt juist tot verruwing van de groeiende films. Het stuureffect kan echter ook worden uitgebuit voor het deponeren van opmerkelijk goed geordende arrays van evenwijdige atoomstroken met onderlinge afstanden van 2 tot 20 nanometer. Dit opent een unieke weg om elektronische en magnetische structuren te prepareren op een lengteschaal die niet toegankelijk is voor traditionele lithografische methoden.