Fabrikanten van steeds minuscule computerchips, transistors en andere producten zullen speciale aandacht moeten besteden aan onderzoeksresultaten aan de Universiteit van Huddersfield. De implicaties zijn dat een sleutelproces dat wordt gebruikt om de eigenschappen van materialen op nanoschaal te transformeren, veel grotere schade kan aanrichten dan eerder werd gedacht.

De universiteit is de thuisbasis van de Electron Microscopy and Materials Analysis Research Group (EMMA), onder leiding van professor Stephen Donnelly. Het heeft een geavanceerde faciliteit genaamd MIAMI, wat staat voor Microscope and Ion Accelerators for Materials Investigation. Het wordt gebruikt om materialen te bombarderen met ionenbundels en om de effecten op nanoschaal te onderzoeken.

Tijdens een recent experiment uitgevoerd door het team, waaronder onderzoeksmedewerker dr. Graeme Greaves, een aantal gouden nanostaafjes – duizend keer kleiner dan een mensenhaar – werden bestraald met xenonatomen. Ze waren een goed onderwerp voor het experiment omdat nanodraden of staafjes een groot oppervlak hebben.

De bevindingen waren dramatisch. "We hoopten bellen te genereren. We ontdekten eigenlijk dat we de nanodraden aan het eroderen waren, ' zei dokter Greaves.

En de snelheid van erosie - gemeten in termen van "sputteringsopbrengst", of hoeveel atomen er uit de materie komen voor elk binnenkomend atoom - was ver vooruit op de verwachtingen.

De sputteropbrengst van een normaal stuk plat goud zou in de orde van 50 atomen per ion moeten zijn, " zei Dr. Greaves. "In het geval van staven hadden we verwacht dat het groter zou zijn, omdat de geometrie veel kleiner is. We kwamen tot de conclusie dat het een factor vier hoger zou moeten zijn, of iets van die orde. Maar we ontdekten dat de grootste gemeten waarde een sputteropbrengst van duizend was - een factor 20."

De resultaten waren zo dramatisch dat het Huddersfield-team bevestiging zocht. Ze vroegen professor Kai Nordlund (foto rechts) van de Universiteit van Helsinki om een ​​moleculaire dynamica-simulatie uit te voeren, het creëren van een virtuele gouden nanostaaf. De Finnen waren in staat om de bevindingen van Huddersfield te repliceren.

Nu is het experiment het onderwerp van een artikel in het toonaangevende tijdschrift Physical Letters Review, van Dr Greaves is de hoofdauteur.

"Het onderzoek heeft aanzienlijke implicaties, vooral voor medicijnen, ' zei dokter Greaves.

"Steeds meer mensen werken aan nanostructuren voor praktische toepassingen. Gouden nanodeeltjes kunnen worden gebruikt voor tumordetectie, de optimalisatie van de biodistributie van geneesmiddelen naar zieke organen en een dosisversterker voor radiotherapie.

"Componenten van computerchips zijn tegenwoordig erg klein - in de orde van 20 nanometer en worden kleiner - en ionenbundels worden gebruikt om de eigenschappen van deze materialen te veranderen. Uit ons onderzoek blijkt dat je erg op je hoede moet zijn voor de hoeveelheid schade die kan ontstaan klaar zijn."