La pulverización catódica (magnetron sputtering-MS) es una metodología de deposición física desde fase vapor (PVD) muy usada para la fabricación de películas delgadas y recubrimientos. En la técnica MS se emplean comúnmente mezclas de Ar ó Ar/N2-O2 (MS reactivo) como gas de proceso que se ionizará en una descarga para crear el plasma adecuado y pulverizar el material del blanco. El grupo NanoMatMicro ha sido pionero en la introducción de plasmas de helio en la tecnología de pulverización catódica. Aunque la tasa de deposición puede bajar, demostramos la formación en condiciones controladas de nanoporosidad y/o gas atrapado (nanoburbujas de He y N2) en las películas producidas. En particular las láminas sólidas que contienen nanoporos llenos de gas tienen características únicas: permiten atrapar una gran cantidad de gas en un estado condensado con alta estabilidad y proporcionan una ruta para modificar las propiedades del material preparado. La técnica MS es fácil de escalar y mucho más barata que las tecnologías alternativas basadas en la implantación de iones de alta energía. Sobre esta base, proponemos seguir desarrollando una metodología bottom-up innovadora y versátil para fabricar películas delgadas (Si, C, otros metaloides y metales) que promueva la porosidad abierta o, por el contrario, permita estabilizar las «nanoburbujas» atrapadas del gas de proceso (He , Ne, N2, H2 y sus isótopos).
La metodología se investigará principalmente para fabricar blancos sólidos y estándares del gas atrapado para estudios de reacciones nucleares. Nuestro trabajo permitirá que los gases ligeros y sus isótopos estén disponibles en un estado condensado y en un formato fácil de manejar sin necesidad de celdas de alta presión o dispositivos criogénicos. Junto con una red de investigadores colaboradores de las áreas de Física Nuclear y Astrofísica, nuestro objetivo es llevar esta aplicación desde la prueba de concepto hasta los experimentos finales en grandes instalaciones. También cabe mencionar que el control del proceso desde estructuras con gas atrapado a nanoporosas permitirá estudiar aplicaciones adicionales en el proyecto como dispositivos ópticos, emisores de luz UV o recubrimientos catalíticos. El proyecto incluye el diseño y control de proceso en nuestras cámaras de MS para trabajar con los diferentes gases ligeros aquí propuestos. Se seguirán implementando metodologías de bajo consumo para isótopos escasos (por ejemplo, 3He). El objetivo final es implementar una configuración mejorada de MS y desarrollar la metodología bottom-up propuesta en términos de combinaciones de matriz y gas, mezclas de gases, variedad de soportes y diseños autosoportados o multicapa que permitan las aplicaciones innovadoras.
Una tarea importante es también determinar el mecanismo de crecimiento de las láminas. La caracterización del plasma durante el proceso de deposición y el uso de la herramienta de simulación SRIM pueden contribuir en gran medida a una mejor comprensión y control de los procesos de crecimiento. Para comprender la microestructura, composición y propiedades físico-químicas de los nuevos materiales, se llevará a cabo una caracterización química y microestructural en la nanoescala con una variedad de técnicas. Destacan las microscopías electrónicas (TEM y SEM) que incluyen la espectroscopia de pérdida de energía de electrones y las técnicas de análisis por haz de iones para la determinación de la composición elemental en profundidad.
