p (PhysOrg.com) - Quando uma equipe de pesquisadores universitários e da indústria experimentou um romance, técnica de enchimento de moldes de estilo fundição para fazer dispositivos em nanoescala, eles perceberam que haviam descoberto uma joia. p Eles não apenas foram os pioneiros em um método de fabricação em nanoescala tridimensional, eles usaram o processo para tornar ultra-difícil, nanossondas resistentes ao desgaste de um material semelhante ao diamante.

p Em uma escala maior, materiais que parecem lisos ainda sofrem desgaste devido a pequenas irregularidades e defeitos em suas superfícies. Contudo, em nanoescala, átomos são eliminados um de cada vez, criando novos desafios para pesquisadores que constroem dispositivos às vezes com apenas dezenas de átomos de largura.

p "Os efeitos do atrito são importantes em dispositivos e processos em nanoescala, onde as forças de superfície, como o atrito, são cada vez mais dominantes devido à alta relação superfície-volume, "diz Kumar Sridharan, um distinto professor pesquisador de física da engenharia na Universidade de Wisconsin-Madison e membro da equipe de pesquisa.

p O time, que também incluiu pesquisadores da Universidade da Pensilvânia e IBM Research-Zurich, publicou detalhes de sua pesquisa em 31 de janeiro na edição online avançada do Nature Nanotechnology .

p O avanço é fundamental porque demonstra um método de aplicação, em uma aplicação em nanoescala tridimensional, carbono semelhante a diamante contendo silício, ou Si-DLC. No estudo, os pesquisadores mostraram que o Si-DLC, que é valorizado por seu baixo atrito e alta resistência ao desgaste em macroescala, também exibe excelente resistência ao desgaste semelhante em nanoescala.

p "Não estava claro se os materiais resistentes ao desgaste em macroescala exibem a mesma propriedade em nanoescala, "diz o autor principal Harish Bhaskaran, um ex-pesquisador da IBM que agora é pesquisador do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade de Yale.

p Desenvolvido por Sridharan, a nova técnica de "nano fundição" poderia facilmente ser ampliada para a fabricação comercial.

p Usando um wafer de silício sobre isolador IBM gravado com pontas afiadas, moldes em forma de pirâmide, "Sridharan usou Si-DLC para fabricar pontas ultra-afiadas, com um raio de 5 nanômetros, em microcantilevers de silício padrão.

p Atualmente, os fabricantes gravam as pontas em silicone. Contudo, para o novo método de estilo de fundição, Sridharan explorou a implantação e deposição de íons de imersão em plasma, um processo à temperatura ambiente usado anteriormente para a aplicação, ou "depositando, "revestimentos na implantação de íons em outros materiais." Sempre depositamos filmes finos nos materiais, "ele diz." Nós olhamos para isso como um processo de modificação de superfície bidimensional. "

p Em três dimensões, a técnica funciona um pouco como a maneira como uma nevasca cobre o solo. Nesse caso, a "neve" é hexametil disiloxano ionizado, um precursor líquido do Si-DLC que gaseifica na câmara de plasma e, por fim, se encaixa perfeitamente nos moldes do wafer IBM. "Nosso processo nos permitiu preencher uma ponta muito precisa, com muita precisão, "diz Sridharan.

p Outra vantagem é que o Si-DLC é um amorfo, ao invés de cristalino, material. Se um cristal for muito grande, o molde irá encher irregularmente e limitar a nitidez da ponta. Contudo, um material amorfo pode deslizar átomo por átomo no molde, preenchendo-o completamente, como gotas de chuva em um balde.

p Além de preencher os moldes de ponta completamente, O Si-DLC também reveste todo o wafer. Os pesquisadores desenvolveram um simples, processo de corrosão de silício de duas etapas comercialmente viável para liberar a ponta e o cantilever integrado do wafer.

p As pontas têm aplicações em microscopia de força atômica, armazenamento de dados e nanofabricação. Em testes de desgaste, em que os pesquisadores deslizaram as pontas continuamente sobre uma superfície de dióxido de silício por vários dias, eles descobriram que as pontas Si-DLC eram 3, 000 vezes mais resistente ao desgaste do que pontas de silicone. "Pegamos um material que é bom em macroescala, nós o fabricamos em nanoescala, e mostramos que é resistente ao desgaste em nanoescala, "diz Bhaskaran.

p Outros autores no Nature Nanotechnology papel incluem Bernd Gotsmann, Abu Sebastian, Ute Drechsler, Mark A. Lantz, Michel Despont, Papot Jaroenapibal, Robert W. Carpick, e Yun Chen.