p Pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) lançaram luz sobre o papel da temperatura no controle de uma técnica de fabricação para desenhar padrões químicos tão pequenos quanto 20 nanômetros. Esta técnica pode fornecer um baixo custo, rota rápida para o crescimento e padronização de uma ampla variedade de materiais em superfícies para construir circuitos elétricos e sensores químicos, ou estudar como os produtos farmacêuticos se ligam a proteínas e vírus. p Uma maneira de escrever estruturas em nanoescala diretamente em um substrato é usar uma ponta de microscópio de força atômica (AFM) como uma caneta para depositar moléculas de tinta por difusão molecular na superfície. Ao contrário das técnicas convencionais de nanofabricação que são caras, requerem ambientes especializados e geralmente funcionam com apenas alguns materiais, esta técnica, chamada nanolitografia dip-pen, pode ser usado em quase qualquer ambiente para escrever muitos compostos químicos diferentes. Um primo dessa técnica - chamada de nanolitografia com caneta de imersão térmica - estende essa técnica a materiais sólidos, transformando uma ponta de AFM em um minúsculo ferro de solda.

p A nanolitografia com caneta pode ser usada para padronizar recursos tão pequenos quanto 20 nanômetros, mais de quarenta mil vezes menor que a largura de um cabelo humano. O que mais, a ponta de escrita também funciona como um perfilador de superfície, permitindo que uma superfície recém-escrita seja visualizada com precisão em nanoescala imediatamente após a padronização.

p "A fabricação com base em pontas é uma promessa real para a fabricação precisa de dispositivos em nanoescala, "diz Jim DeYoreo, diretor interino da Fundição Molecular do Berkeley Lab, um centro de pesquisa em nanociências do DOE. "Contudo, uma tecnologia robusta requer uma base científica construída sobre a compreensão da transferência de materiais durante este processo. Nosso estudo é o primeiro a fornecer essa compreensão fundamental da nanolitografia com caneta de imersão térmica. "

p Neste estudo, DeYoreo e colegas investigaram sistematicamente o efeito da temperatura no tamanho do recurso. Usando seus resultados, a equipe desenvolveu um novo modelo para desconstruir como as moléculas de tinta viajam da ponta de escrita ao substrato, montar em uma camada ordenada e crescer em um recurso em nanoescala.

p "Ao considerar cuidadosamente o papel da temperatura na nanolitografia com caneta de imersão térmica, podemos ser capazes de projetar e fabricar padrões em nanoescala de materiais que variam de pequenas moléculas a polímeros com melhor controle sobre os tamanhos e formas de recursos em uma variedade de substratos, "diz Sungwook Chung, um cientista da equipe da Divisão de Biociências Físicas do Berkeley Lab, e usuário Foundry trabalhando com DeYoreo.

p "Esta técnica ajuda a superar as limitações fundamentais da escala de comprimento sem a necessidade de métodos complexos de crescimento."

p DeYoreo e Chung colaboraram com uma equipe de pesquisa da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign que é especializada na fabricação de pontas especializadas para AFMs. Aqui, esses colaboradores desenvolveram uma ponta AFM baseada em silício com um gradiente de átomos carregados polvilhados no silício de forma que um número maior residisse na base enquanto poucos se sentassem na ponta. Isso faz com que a ponta aqueça quando a eletricidade flui por ela, muito parecido com o queimador de um fogão elétrico.

p Este 'nanoaquecedor' pode então ser usado para aquecer as tintas aplicadas na ponta, fazendo com que eles fluam para a superfície para a fabricação de recursos em micro e nanoescala. O grupo demonstrou isso desenhando pontos e linhas da molécula orgânica do ácido mercaptohexadecanóico em superfícies de ouro. Quanto mais quente a ponta, quanto maior o tamanho do recurso que a equipe poderia desenhar.

p "Estamos entusiasmados com esta colaboração com o Berkeley Lab, que combina suas notáveis ​​capacidades de nanociência com nossa tecnologia para controlar a temperatura e o fluxo de calor em escala nanométrica, "diz o co-autor William P. King, um professor de ciências mecânicas e engenharia da Universidade de Illinois. "Nossa capacidade de controlar a temperatura em um ponto em escala nanométrica possibilitou este estudo de transporte em escala molecular. Ajustando a temperatura do ponto quente, podemos sondar como as moléculas fluem para uma superfície. "

p "Este controle térmico sobre a transferência ponta-a-superfície desenvolvido pelo grupo do Professor King adiciona versatilidade ao permitir variações instantâneas no tamanho do recurso e na padronização de materiais líquidos e sólidos, "DeYoreo acrescenta.