Een onderzoeksteam van fusiewetenschappers is erin geslaagd een "sculptuurtechniek op nanoschaal" te ontwikkelen om een ​​ultradunne film te fabriceren door een wolfraammonster te slijpen met een gefocusseerde ionenstraal. Dit maakt observatie op nanoschaal mogelijk van een dwarsdoorsnede vlakbij het bovenoppervlak van het wolfraammonster met behulp van een transmissie-elektronenmicroscoop. De door dit onderzoek ontwikkelde beeldhouwtechniek kan niet alleen worden toegepast op wolfraam, maar ook op andere harde materialen.

Geharde materialen zoals metalen, koolstof en keramiek worden gebruikt in auto's, vliegtuigen en gebouwen. In een onderzoek naar een fusiereactor wolfraam, wat een van de hardste metalen materialen is, is de meest waarschijnlijke kandidaat voor het pantsermateriaal van het apparaat dat de plasmawarmte/deeltjesbelasting ontvangt. Dit apparaat wordt een omleider genoemd. In alle geharde materialen, Schade of defecten op nanometerschaal kunnen zeer dicht bij het bovenoppervlak van de materialen worden gevormd. Voor het voorspellen van de levensduur van materialen, het is noodzakelijk om de soorten schade en hun diepteprofielen in een materiaal te kennen. Om dit te doen, we moeten een dwarsdoorsnede van het gebied observeren vlakbij het bovenoppervlak van het materiaal op nanoschaalniveau.

Voor de observatie van de interne structuur van materialen op nanoschaalniveau, transmissie-elektronenmicroscoop (TEM), waarin versnelde elektronen worden doorgelaten door de doelmaterialen, wordt vaak gebruikt als een krachtig hulpmiddel. Om een ​​dwarsdoorsnede zeer dicht bij het bovenoppervlak van het wolfraam met TEM waar te nemen, we halen eerst een klein stukje van het wolfraammonster van het oppervlak en maken vervolgens een ultradunne film door het geëxtraheerde monster te snijden. De dikte van de film moet lager zijn dan ~ 100 nm om een ​​hoge resolutie te verkrijgen vanwege de hoge transmissie van de elektronenstraal. Echter, het was buitengewoon moeilijk om zo'n ultradunne film te vervaardigen voor harde materialen zoals wolfraam. Daarom, het was bijna onmogelijk om het dikteniveau van ~ 100 nm te verkrijgen met behulp van conventionele dunne-film fabricagetechnieken.

Het onderzoeksteam van Dr. Masayuki Tokitani en Daisuke Nagata et al van de National Institutes of Natural Sciences (NINS) National Institute for Fusion Science (NIFS) hebben een superieure fabricagetechniek op nanoschaal ontwikkeld voor wolfraam, door gebruik te maken van een gefocusseerde ionenbundel-elektronenbundel (FIB-SEM) apparaat. Ze noemen deze techniek de 'sculptuurtechniek op nanoschaal'. Het FIB-SEM-apparaat stelt ons in staat om materialen te snijden door ze te bestralen met een gerichte Ga-ionenstraal van ~ 30 nm in diameter. Het onderzoeksteam probeerde eerder een ultradunne film te maken door een klein stukje wolfraam te slijpen met FIB-SEM. Echter, ze hadden het probleem dat het bovenste oppervlak helaas verloren ging omdat de bundelintensiteit relatief sterk moest zijn voor het harde wolfraam. Om dit probleem op te lossen, ze hebben nu een speciale Ga-bundelbewerking geproduceerd om het bovenste oppervlak te behouden door de bestralingsposities en -richtingen van de bundel aan te passen. Ze verscherpen ook geleidelijk het gebied nabij het oppervlak, het creëren van een vorm die naar beneden toe dunner wordt. Bijgevolg, ze verkrijgen een ultradunne film met een dikte van ~ 100 nm of minder en waarbij het bovenoppervlak intact blijft.

In het beeld verkregen door de TEM-waarneming van de gefabriceerde ultradunne film, we kunnen de schade op atomair niveau duidelijk identificeren die is gevormd nabij het bovenoppervlak van het wolfraammonster. Dus, de "sculptuurtechniek op nanoschaal" die door dit onderzoeksteam is ontwikkeld, maakt het mogelijk om op atomaire schaal een dwarsdoorsnede nabij het bovenoppervlak van een wolfraammonster te observeren. Deze beeldhouwtechniek kan niet alleen worden toegepast op wolfraam maar ook op andere harde materialen zoals geharde legeringen en keramiek. Momenteel, we overwegen deze beeldhouwtechniek voor toepassing in de auto-industrie.