p A construção moderna é um empreendimento de precisão. Os construtores devem usar componentes fabricados para atender a padrões específicos - como vigas de uma composição desejada ou rebites de um tamanho específico. A indústria da construção confia nos fabricantes para criar esses componentes de forma confiável e reproduzível, a fim de construir pontes seguras e arranha-céus sólidos. p Agora imagine a construção em uma escala menor - menos de 1/100 da espessura de um pedaço de papel. Esta é a nanoescala. É a escala em que os cientistas estão trabalhando para desenvolver tecnologias potencialmente inovadoras em campos como a computação quântica. É também uma escala em que os métodos tradicionais de fabricação simplesmente não funcionam. Nossas ferramentas padrão, mesmo miniaturizado, são muito volumosos e corrosivos para fabricar componentes em nanoescala de forma reproduzível.

p Pesquisadores da Universidade de Washington desenvolveram um método que pode tornar a manufatura reproduzível em nanoescala possível. A equipe adaptou uma tecnologia baseada em luz amplamente empregada em biologia - conhecida como armadilhas ópticas ou pinças ópticas - para operar em um ambiente líquido sem água de solventes orgânicos ricos em carbono, permitindo assim novas aplicações potenciais.

p Como relata a equipe em um artigo publicado em 30 de outubro na revista Nature Communications , as pinças ópticas atuam como um "feixe trator" baseado em luz que pode montar materiais semicondutores em nanoescala precisamente em estruturas maiores. Ao contrário dos raios trator da ficção científica, que agarram naves espaciais, a equipe emprega pinças ópticas para capturar materiais que são quase um bilhão de vezes mais curtos do que um metro.

p "Esta é uma nova abordagem para a fabricação em nanoescala, "disse o co-autor sênior Peter Pauzauskie, um professor associado de ciência e engenharia de materiais da UW, membro do corpo docente do Instituto de Engenharia e Ciências Molecular e do Instituto de Sistemas de Nanoengenharia, e um cientista sênior do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico. “Não há superfícies de câmara envolvidas no processo de fabricação, que minimiza a formação de tensão ou outros defeitos. Todos os componentes estão suspensos na solução, e podemos controlar o tamanho e a forma da nanoestrutura conforme ela é montada peça por peça. "

p "Usar essa técnica em um solvente orgânico nos permite trabalhar com componentes que, de outra forma, se degradariam ou corroeriam em contato com a água ou o ar, "disse o co-autor sênior Vincent Holmberg, professor assistente de engenharia química da UW e membro do corpo docente do Clean Energy Institute e do Molecular Engineering &Sciences Institute. "Os solventes orgânicos também nos ajudam a superaquecer o material com o qual estamos trabalhando, permitindo-nos controlar as transformações de materiais e conduzir a química. "

p Para demonstrar o potencial desta abordagem, os pesquisadores usaram as pinças ópticas para construir uma nova heteroestrutura de nanofios, que é um nanofio que consiste em seções distintas compostas por diferentes materiais. Os materiais de partida para a heteroestrutura do nanofio eram "nanobastões" mais curtos de germânio cristalino, cada um com apenas algumas centenas de nanômetros de comprimento e dezenas de nanômetros de diâmetro - ou cerca de 5, 000 vezes mais fino que um cabelo humano. Cada um é coberto com um nanocristal de bismuto metálico.

p Os pesquisadores então usaram o "feixe trator" baseado em luz para pegar um dos nanobastões de germânio. A energia do feixe também superaquece o nanorod, derretendo a tampa de bismuto. Eles então guiam um segundo nanorod para o "feixe trator" e - graças à tampa de bismuto derretido na extremidade - os soldam de ponta a ponta. Os pesquisadores poderiam então repetir o processo até que tivessem montado uma heteroestrutura de nanofio padronizada com junções de metal semicondutor repetidas que era de cinco a dez vezes mais longa do que os blocos de construção individuais.

p "Passamos a chamar esse processo de montagem opticamente orientado de 'nanossolda fotônica' - essencialmente soldando dois componentes em nanoescala usando luz, "disse Holmberg.

p Nanofios que contêm junções entre materiais - como as junções de germânio-bismuto sintetizadas pela equipe UW - podem eventualmente ser uma rota para a criação de qubits topológicos para aplicações em computação quântica.

p O feixe trator é na verdade um laser altamente focado que cria um tipo de armadilha óptica, um método vencedor do Prêmio Nobel iniciado por Arthur Ashkin na década de 1970. A data, armadilhas ópticas têm sido usadas quase exclusivamente em ambientes baseados em água ou vácuo. As equipes de Pauzauskie e Holmberg adaptaram a captura ótica para funcionar no ambiente mais volátil de solventes orgânicos.

p "Gerar uma armadilha ótica estável em qualquer tipo de ambiente é um delicado ato de equilíbrio de forças, e tivemos a sorte de ter dois alunos de graduação muito talentosos trabalhando juntos neste projeto, "disse Holmberg.

p Os fótons que compõem o feixe de laser geram uma força sobre os objetos nas imediações da armadilha óptica. Os pesquisadores podem ajustar as propriedades do laser para que a força gerada possa prender ou liberar um objeto, seja um único nanobastão de germânio ou um nanofio mais longo.

p "Este é o tipo de precisão necessária para confiabilidade, métodos de nanofabricação reproduzíveis, sem interações caóticas com outras superfícies ou materiais que podem introduzir defeitos ou tensão em nanomateriais, "disse Pauzauskie.

p Os pesquisadores acreditam que sua abordagem de nanossolda pode permitir a fabricação aditiva de estruturas em nanoescala com diferentes conjuntos de materiais para outras aplicações.

p "Esperamos que esta demonstração resulte em pesquisadores usando armadilha óptica para a manipulação e montagem de um conjunto mais amplo de materiais em nanoescala, independentemente de esses materiais serem ou não compatíveis com a água, "disse Holmberg.