Měď jako kov relativně levný, dobře elektricky vodivý a tažný/tvarovatelný je základem současných elektrických systémů a celého navazujícího průmyslu (polovodiče, nanoelektronika, optoelektronika…). Patří mezi ušlechtilé kovy a jako taková je chemicky celkem stabilní, navíc se pokrývá tenkou vrstvou oxidů, která před dalšími reakcemi chrání (pasivace). Nicméně oxidace/koroze i tak mohou vlastnosti mědi zhoršovat a zvyšovat její elektrický odpor. Čím menší jsou součástky z mědi, tím relativně podstatnější to znamená problém.
„Měď odolná vůči oxidaci by mohla potenciálně nahradit zlato v polovodičových zařízeních, což by pomohlo snížit náklady v tomto odvětví průmyslu. Oxidačně odolná Cu by díky nižšímu odporu také umožnila omezit spotřebu elektrické energie a zvýšila životnost zařízení s nanoobvody,“ uvádí Se-Young Jeong z Pusan National University (Jižní Korea), hlavní autor studie, která zkoumala mechanismy ovlivňující chemickou stabilitu mědi.
Předchozí studie ukázaly, že k oxidaci mědi dochází v důsledku mikroskopických hrbolků na povrchu kovu. Tyto „přebývající“ atomy mědi podléhají oxidaci jako první. Monokrystalická měď je k oxidaci naopak odolná.
K vypěstování plochých monokrystalických vrstev mědi nyní vědci použili metodu epitaxe (růst krystalu na substrátu) atomárním naprašováním. Pomocí systémů pro odstínění, které filtrují vnější elektrický a mechanický šum, byli autoři studie schopni udržet povrchy mědi téměř bez defektů a vyrobit atomárně ploché filmy. Výzkumný tým poté použil transmisní elektronovou mikroskopii s vysokým rozlišením k podobné analýze těchto filmů. Ukázalo se, že nově připravené filmy mají extrémně hladký povrch (tj. hladký na atomární úrovni) a jsou odolnější k oxidaci i ve srovnání s jinými monokrystalickými měděnými strukturami s drsnějším povrchem. Pro atomy kyslíku má na povrchu vzniknout vysokoenergetická bariéra, kterou si navíc vytvářejí i samy (navzájem si „překážejí“).
Výsledky studie mají představovat významný přínos nejen pro elektronický a polovodičový průmysl, ale také by mohly pomoci při ochraně cenných historických a uměleckých děl z mědi a bronzu.
Su Jae Kim et al, Flat-surface-assisted and self-regulated oxidation resistance of Cu(111), Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-021-04375-5
Zdroj: Pusan National University/Phys.org
