משטחים מדורגים אטומית, אשר מציגים מבנה מסודר ומחזורי של מדרגות אטומיות, מיוצרים על ידי מספר שיטות. משטחים אלו נקראים בספרות “vicinal surfaces” והם בעלי יישומים רבים ומגוונים במיקרואלקטרוניקה ובתהליכים קטליטיים (המאיצים תגובות כימיות). הם גם משמשים כתבניות ליצירת מבנים ננומטרים כגון ננו-חוטים, נקודות קוונטיות, מולקולות פולרן, שכבות אורגניות חד-מולקולריות בעלות סידור עצמי ועוד. השיטה המסורתית ליצירת משטחים אלה עושה שימוש בחד-גבישים (כלומר גבישים הבנויים מיחידה אחת שחוזרת על עצמה בשלושה ממדים) של מתכות או של מוליכים למחצה: החד-גבישים הללו נחתכים בזווית נמוכה ממישור בעל אנרגיית פני שטח נמוכה – כלומר, שקל יחסית לנתקם ממנו – ולאחר מכן הם נורים בקרן יונים ועוברים טיפול תרמי בתנאים של ואקום גבוה מאוד. בשל הליכים אלה, השיטה המסורתית יקרה וגוזלת זמן רב. לאחרונה פותחה במעבדתנו שיטה חדשה ליצירת משטחים מדורגים אטומית המבוססת על שיטת תלישה מתוך תבנית. שיטת תלישה מתבנית נפוצה מאוד כאשר מעוניינים ביצירת פני שטח מתכתיים שטוחים במידה ניכרת. תחילה מנדפים על מצע קרמי בעל חספוס תת-ננומטרי שכבות מתכת דקות, כלומר מצפים אותו בהן בתהליך המתרחש בוואקום. לאחר מכן תלישה מתבנית של שכבות המתכת מהמצע הקרמי תיצור משטחים בעלי חספוס פני שטח נמוך מאוד, של אנגסטרמים בודדים בממוצע (אנגסטרם אחד שווה למאית המיליונית של סנטימטר). משטחים אלה מאופיינים בכך שאינם בעלי סדר לטווח ארוך, זאת עקב השימוש בשכבות דקות רב-גבישיות וריכוז פגמים גבוה בפני שטח תלושים כתוצאה ממאמצים בעת הליך התלישה. נמצא כי את ריכוז הפגמים הגבוה ניתן להקטין על ידי ביצוע טיפול תרמי בשכבה לפני תלישתה. בשיטה שפותחה במעבדתנו ליצירת משטחים מדורגים אטומית, מבוצע טיפול תרמי בסביבה אטמוספרית של שכבות מתכת דקות רב-גבישיות שנודפו על גבי מצע קרמי המאופיין באדהזיה נמוכה עם השכבה המנודפת. לאחר מכן השכבות נתלשות מהמצע על מנת לחשוף את פני השטח של השכבה המדורגים אטומית שהיו מצויים במשטח הביניים. ההבדל העיקרי בתוצר השיטה החדשה ביחס לשיטה המסורתית הוא היווצרות משטחים מדורגים אטומית בעלי סדר גבישי המוגבל לגודל הגרעינים לאחר הטיפול התרמי. יישומים המתבססים על שימוש במשטחים מדורגים אטומית, כדוגמת אלו המצוינים לעיל, יכולים להפיק תועלת רבה משימוש בשיטה הפשוטה והחסכונית החדשה. אך לשם כך דרושים מחקר ואפיון נוספים להשגת הבנה מעמיקה יותר של היווצרות פני השטח המדורגים אטומית במשטחי הביניים. בעבודת מחקר זו אנו חוקרים את ההתפתחות של משטחים מדורגים אטומית הנוצרים במשטח הביניים של שכבות זהב על גבי מצע תחמוצת סיליקון, החל משלב יצירתם ולאורך טיפולים תרמיים שונים בטמפרטורות גבוהות. באמצעות ניסוי חימום תוך-מכשירי (in-situ) במיקרוסקופ אלקטרונים חודר ברזולוציה גבוהה בחתך-רוחב (cross-section) של משטח הביניים, הדגמנו את היווצרות המדרגות האטומיות על גבי משטח הביניים של שכבת זהב דקה על מצע תחמוצת הסיליקון. זוהי הוכחה לכך שמדרגות אטומיות אלה נוצרו לפני ביצוע תלישה מתבנית ושקיומן בלתי-תלוי בביצוע פעולת התלישה. בנוסף הראינו בשיטה זו ובשיטה נוספת (על ידי מדידת טופוגרפיה במיקרוסקופ מנהור סורק) כי טרם היווצרות המדרגות חל תהליך חספוס פני השטח של שכבת הזהב במשטח הביניים כשלב ראשוני בביצוע טיפול תרמי.