Un trabajo de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y el Trinity College Dublin (Irlanda) ha caracterizado interfaces entre una superficie de oro y capas extremadamente finas de cinco metales diferentes
Las interfaces metálicas están en el corazón de numerosas aplicaciones tecnológicas e industriales, en las que conviene combinar capas de dos tipos de metales diferentes para obtener las propiedades deseadas.
A pesar de la gran cantidad de investigación teórica realizada sobre estos sistemas en las décadas anteriores, muchos temas habían quedado sin explorar ya que el interés general se había desplazado hacia otros materiales en esos momentos más novedosos. Sin embargo, recientemente, la necesidad de avances en el rendimiento tecnológico y en las técnicas de fabricación han puesto de relieve que es fundamental comprender la física que tiene lugar a nivel atómico en los materiales metálicos.
Ahora, los investigadores Linda A. Zotti de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), y David D. O’Regan del Trinity College Dublin (Irlanda), han logrado calcular el trabajo de separación de cinco interfaces diferentes. “Esta cantidad es la energía necesaria para separar las dos partes de una intercara y nos proporciona una medida de su robustez”, explican los autores.
En el trabajo, publicado en el Journal of Physics: Condensed Matter, dicha cantidad ha sido obtenida a través de cálculos basados en la teoría del funcional de la densidad y en la mecánica cuántica.
En particular, las cinco intercaras consideradas están compuestas por capas finas de cromo, wolframio, plata, aluminio y titanio depositadas sobre una superficie de oro. Los investigadores se han centrado en cómo la estabilidad de la interfaz se ve afectada por el grosor de la capa adherida.
Interfaz entre una superficie de oro y capas delgadas de cromo. La imagen de la izquierda muestra un detalle aumentado de la zona de interfaz / Linda Zotti.
Efectos cuánticos
A pesar de la enorme cantidad de investigación realizada hasta el momento en el campo de las interfaces metálicas, este tema no había sido todavía analizado. Los dos investigadores han encontrado que el trabajo de separación para unas pocas capas adheridas muestra grandes fluctuaciones que están debidas a efectos cuánticos, que se aplanan al aumentar el espesor.
Sin embargo, los detalles exactos de las oscilaciones dependen en gran medida de una delicada interacción entre la transferencia de carga y la reorganización estructural. Curiosamente, para la mayoría de los casos entre los cinco metales considerados (a excepción del aluminio), la estabilidad mayor se obtiene con un espesor de capa adherida de un solo átomo, mientras que la más baja con un espesor de dos.
“En general, hemos podido relacionar la amplitud de las fluctuaciones con la distancia geométrica entre los dos metales en la zona de interfaz”, detallan los autores.
Estos hallazgos contribuyen al conocimiento de lo que determina la estabilidad de una intercara de capas metálicas finas e indican cómo maximizar la robustez incluso con capas adheridas extremadamente delgadas.
“En vista de los recientes avances en las técnicas de fabricación, que hoy en día permiten un control de muy alta definición en el proceso, este estudio define un camino para la optimización de dichas interfaces”, concluyen los investigadores.
Referencia bibliográfica:
Zotti, L.A., O’Regan, D.D. 2022. Adhesion of thin metallic layers on Au surfaces. Journal of Physics: Condensed Matter 34 (27), 275001 (2022).
