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Anche tra gli atomi ci sono gli scalatori FISICA D'AVANGUARDIA Anche tra gli atomi ci sono gli scalatori IMPORTANTI RISULTATI OTTENUTI A GENOVA NELLA FORMAZIONE DI NANOCRISTALLI CON ALLUMINIO Francesco Buatier CINQUANTANNI fa due uomini scalarono per la prima volta l'Everest. Dal punto di vista di un atomo, anche il panorama di una superficie di un cristabo è caratterizzato da terrazze atomiche (le pianure), da "colline" e "montagne" formate dab'impilamento di piani atomici. E anche nel mondo microscopico, la scalata debe "montagne" da parte degb atomi non è un compito facile. Le moderne tecniche di deposizione e di anabsi deba superfice hanno portato aba generica convinzione che gb atomi depositati su terrazze atomiche sono vincolati a rimanere confinati su queste ultime, o, se hanno sufficiente energia termica, a diffondere verso le valb dove trovano un ambiente più favorevole dal punto di vista energetico poiché riescono a coordinarsi con più atomi La possibibtà che gb atomi si "arrampichino" verso la cima debe colline è stata considerata così remota che neba maggioranza dei casi si è semplicemente ignorata. Questa visione prevalente neba crescita di film, è stata modificata, co- Nanocristalli dme stato pubbbcato suba rivista americana «Pbysical Beview Lettere Lettere». Utilizzando tecniche di Microscopia a Forza Atomica (AFM) e diffrazione di elettroni ad alta risoluzione (SPA-LEED), un gruppo di ricercatori deblstituto Nazionale di Fisica deba Materia e debTJnivereità di Genova (Alessandro Mobe, Benato Buzio, Corrado Boragno, Ugo Valbusa e chi scrive), ha dimostrato che atomi di alluminio depositati su un substrato cristallino debo stesso elemento possono effettivamente arrampicarsi verso la cuna debe colline in opportune condizioni di deposizione. In un ristretto intervallo di temperature, queste "arrampicate" sono così frequenti che gb atomi si accumulano sube cime debe "colline"finoatrasformarle in vere e proprie montagne piramidab (i cosiddetti nanc-cristalb) che svettano ad altezze dì circa 50 nanometri, ossia dieci volte più alti debe "colline" sottostanti. Riportando su scala atomica il parabelo alpinistico, si può dire die i nanocristalb vengono ad assumere un'altez?a confrontabbe con l'Everest rispetto abe "colline" intomo. L'osservazione di nanocristalb piramidali durante la crescita di film non è nuova, come dimostra un noto esempio di cresdta di Germanio su Sibdo, un importante sistema prototipo per la realizzazione di cosiddetti "atomi artifidab". Tuttavia nel caso di deposizione di elementi dissimili (cresdta etero-epitassiale), la differenza nebe distanze interatomiche di substrato e film produce una energia tensbe che rende le cime delle "montagne" energeticamente più favorevob per un atomo di Gè rispetto abe "valb". Invece in questo caso, essendo film e substrato debo stesso elemento (crescita omoepitassiale) non si deve contrastare lo sviluppo di energia tensbe durante la crescita del film. Pertanto, dal punto di vista energetico, per gb atomi di Al (alluminio) risulta più vantaggioso occupare le "valb" rispetto abe "cime", rendendo l'osservazione dei nanocristalbpiramidab sorprendente. Basandosi su calcob e simulazioni numeriche svolte in cobaborazione con ricercatori deb'Accademia debe Scienze Cinese e dei laboratori Nazionab di Oak Bidge negb USA, i ricercatori hanno identificato i vari processi atomici coinvolti neba formazione dei nanocristalb. Un processo cruciale è b trasferimento di atomi di Al dal bordo inferiore di un gradino atomico a quebo superiore. Essi hanno trovato che quando due atomi (l'atomo che tenta di scavalcare b gradino e un atomo che costituisce b gradino) cooperano in un lavoro di squadra come quebo di una cordata di alpinisti, può diventare energeticamente favorevole "spingere" un atomo al di sopra del gradino atomico per realizzare un cosiddet- alluminio to processo di scambio. L'importanza di questi processi che avvengono in competizione con gb altri megbo noti, può essere esaltata drammaticamente da una opportuna scelta deba temperatura di cresdta: la crescita dei nanocristalb è infatti possibbe in una finestra di temperature compresa tra i 380 e i 450 gradi kelvin. Per temperature di crescita più alte gb atomi sono in grado di scendere a "vabe" formando un paesaggio dominato da "pianure" atomiche estese, mentre per temperature inferiori, gb atomi hanno energia insufficiente a staccarsi dai gradini atomici e si forma un paesaggio dominato da piccole "cobine". L'importanza debe nuove osservazioni, oltre che per l'avanzamento nella conoscenza dei processi fondamentab di diffusione su scala atomica, è legata al suo potenziale impatto nel controbo dei processi di crescita di nanostrutture funzionabzzate. Ulteriori recenti esperimenti indicano infatti che b fenomeno osservato durante la deposizione di film di Abuminio, ha una vabdità più generale e trova corrispondenza neba crescita di una più ampia classe di nanostrutture realizzate con materiab di importanza appbcativa immediata nel campo del magnetismo e deba fotonica. Il lavoro è apparso su «Physical Beview Lettere (F.Buatier de Mongeotetal.,91(l), 16102) ed è stato selezionato dab'American Institute of Physics neba sua rassegna settimanale Physics News Update. (bttp:ZZwww.aip. org/enews/physnewsZ2003ZspbV643-2.btml) (*) buatler@fisica.unige.it Nanocristalli di alluminio