Lorsque vous déchirez un sac de croustilles ou que vous insérez un DVD, vous mettez probablement la main sur le dépôt par pulvérisation. Non, ne courez pas pour le savon.

Le dépôt par pulvérisation cathodique est un procédé industriel utilisé depuis les années 1970 pour pulvériser -- pulvérisation cathodique, c'est-à-dire des films minces sur divers supports, comme le revêtement métallique sur les sacs de croustilles, la surface réfléchissante sur les DVD, ou l'électronique sur les puces informatiques.

Principalement, le processus fonctionne très bien. Dans une chambre à vide remplie d'un gaz inerte, comme l'argon, une haute tension est appliquée à un aimant. Cela dynamise l'argon, lequel, à son tour, heurte les particules de, dire, métal de tungstène d'une source proche de l'aimant dans le nuage de gaz. Certains de ces extrêmement chauds, les particules de tungstène chargées passent à grande vitesse à travers l'argon et se déposent sur la cible, formant un film mince.

Mais parfois les revêtements se décollent ou le produit se replie sur lui-même et se fissure, comme si le film était tendu avant d'être appliqué sur la surface. D'autres fois, les films sont tout simplement trop bruts. Depuis des décennies, les scientifiques ont été déconcertés - et les fabricants frustrés - sur les raisons pour lesquelles ces problèmes se produisent.

Désormais, des chercheurs de l'Université du Vermont et de l'Argonne National Laboratory près de Chicago ont une explication :« ce sont des nanoparticules, " dit Randy Headrick, professeur de physique à l'UVM, "coller et tirer ensemble."

La découverte, dirigé par l'étudiant diplômé de Headrick, Lan Zhou, a été publié le 10 août dans la revue Examen physique B .

En utilisant des rayons X de haute puissance, l'équipe a mesuré la taille des particules de tungstène se déposant sur une cible et a été stupéfaite. Au-dessus d'une pression critique dans le gaz argon (huit millionièmes d'atmosphère), la taille a soudainement sauté. Au lieu d'atomes simples ou de molécules à plusieurs atomes - comme on pourrait s'y attendre dans la chaleur élevée, environnement à grande vitesse d'une chambre de pulvérisation - ils ont détecté des taches relativement gigantesques de centaines d'atomes :ce que les chercheurs appellent une « agrégation de nanoparticules ».

"C'est une condensation, comme des nuages, comme la brume, " dit Headrick, "C'est quelque chose à quoi nous ne nous attendions vraiment pas."

Ces nanoparticules se rassemblent et fusionnent, tirant le film serré car de minuscules "nano-vides" entre les particules sont éliminés. Cela peut créer une contrainte dans les films minces suffisamment solides pour tirer les plaquettes électroniques dans une forme de coupe ou une rugosité qui déforme les revêtements délicats des lentilles optiques.

"Personne ne s'est rendu compte qu'en phase gazeuse on pouvait produire une particule si grosse, " dit Al Macrander, physicien au Laboratoire national d'Argonne et co-auteur de l'article. "Ils sont très énergiques, il est donc contre-intuitif qu'ils s'accrochent -- à cause de leur vitesse, " dit-il. Mais ils le font.

Dans la chambre de dépôt par pulvérisation, "les particules commencent avec des températures d'environ dix mille degrés, ", explique Randy Headrick d'UVM. Mais alors même qu'ils se déplacent dans le gaz, ils refroidissent légèrement et "une fois refroidis, " il dit, "ils veulent redevenir solides."

"Cela a de grandes implications, " Macrander dit, "pour de nombreuses industries, pas seulement l'optique." De son côté, les nouvelles découvertes sont susceptibles d'aider à accélérer la création de lentilles à rayons X avancées qu'il a aidé à développer.

Jusque là, les efforts pour fabriquer ces lentilles n'ont pas abouti car le processus de dépôt par pulvérisation a produit des revêtements encore trop rugueux avec trop de tension - malgré l'utilisation de techniques de pointe.

"Ces lentilles sont destinées à focaliser les faisceaux de rayons X sur des dimensions plus petites que jamais, " il a dit, "jusqu'à un nanomètre." Pour fabriquer ces lentilles, il faut plus d'un millier de couches de film mince. "Le stress s'accumule et devient un problème, " il dit.

Les nouvelles connaissances de l'équipe sur la physique de base du dépôt par pulvérisation ouvrent la voie à une solution, mais l'équation est complexe. "Si vous voulez obtenir de vraies surfaces lisses, vous devez déposer à des pressions d'argon plus faibles, " dit Lan Zhou de l'UVM. Mais à cette très basse pression, les particules frappent avec une vitesse telle que les films minces veulent se dilater, créant le problème inverse en séparant les films.

« C'est toujours une question ouverte :que faites-vous pour faire un film sans stress et le plus fluide possible ? » dit Headrick.

"Au moins maintenant nous comprenons ce qui se passe, " dit Zhou, "pour que les gens essaient d'optimiser les conditions de dépôt du film, pour la structure et la rugosité."

Toujours, quels sont les problèmes dans une application peut être un avantage dans d'autres. "Il y a bien plus dans cette découverte que les revêtements de lentilles, " dit Headrick, "il existe de nombreux types de matériaux pour lesquels vous souhaitez fabriquer des nanoparticules, comme certains types de convertisseurs catalytiques ou de cellules solaires. Cela pourrait être un bon moyen de fabriquer des nanoparticules à moindre coût. »

Mais le coût pour le comprendre était élevé. "Cela nous a pris des années pour comprendre, " dit Zhou, avec le sourire un peu usé que les doctorants arborent le mieux, "il était difficile de penser à des particules agrégées se formant au milieu d'un flux."