薄膜とは、長さや幅よりも著しく薄い材料の層のことで、厚さはナノメートルの数分の一から数マイクロメートルまである。
この定義は、他の寸法と比較した層の相対的な薄さに基づいており、3次元がナノメートル単位に抑制された2次元材料となる。
4つのキーポイント
1.厚さと特性
薄膜の厚さは通常、数ナノメートルから数マイクロメートルの範囲である。
この薄さは、バルク材料とは大きく異なる独自の特性や挙動をもたらすため、極めて重要である。
薄膜の特性は内部長尺スケールの表現であり、つまり薄膜の特性は、それが属するシステムの固有スケールに対するその厚みに影響される。
2.準備と応用
薄膜は、金属やガラスなどの基板上に材料を蒸着することによって作製される。
この蒸着は、スパッタリングや蒸発のような物理的蒸着技術など、さまざまな方法で行うことができる。蒸発では、材料をエネルギー環境に置くことで、粒子を逃がし、冷却された表面に固体層を形成する。
これらの膜は、マイクロエレクトロニック・デバイス、磁気記憶媒体、表面コーティングなど、数多くの技術用途に使用されている。
例えば、家庭用の鏡は、反射界面を形成するために、ガラスシートの裏面に薄い金属コーティングが施されていることが多い。
3.高度な用途
より高度な用途では、複数の層の厚さや屈折率を変えることで、反射防止コーティングなどの光学コーティングの性能を高めるために薄膜が使われる。
さらに、異なる材料の薄膜を交互に重ねて超格子を形成し、量子閉じ込めを利用して電子現象を2次元に制限することもできる。
また、強磁性薄膜や強誘電体薄膜をコンピューター・メモリーに利用する研究も行われている。
4.結論
要約すると、薄膜は他の寸法に比べて薄いことが特徴であり、その厚さはナノメートルからマイクロメートルに及ぶ。
この薄さが材料にユニークな特性を与え、さまざまな科学技術用途に不可欠なものとなる。
薄膜の作製には、材料を基板上に蒸着させることが含まれ、その用途は、鏡のような日常的な用途から、電子デバイスや量子材料のような複雑なシステムまで多岐にわたります。
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