p Pesquisadores do MIT descobriram uma nova maneira de fazer estruturas tridimensionais complexas usando materiais poliméricos de automontagem que formam minúsculos fios e junções. O trabalho tem o potencial de inaugurar uma nova geração de microchips e outros dispositivos compostos de recursos submicroscópicos. p Embora estruturas semelhantes de automontagem com fios muito finos tenham sido produzidas antes, esta é a primeira vez que as estruturas foram estendidas em três dimensões com diferentes, configurações independentes em diferentes camadas, dizem os pesquisadores. A pesquisa é publicada esta semana na revista. Ciência .

p Caroline Ross, o professor Toyota de Ciência e Engenharia de Materiais no MIT, diz que tem havido “muito interesse” entre os pesquisadores de semicondutores em encontrar maneiras de produzir recursos de chip que são muito mais estreitos do que o comprimento de onda da luz - e, portanto, mais estreitos do que o que pode ser alcançado com os atuais sistemas de fabricação à base de luz. A automontagem com base em polímeros tem sido uma área ativa de pesquisa, Ross diz, mas “o que fizemos neste artigo foi empurrá-lo para a terceira dimensão”.

p Ela e seus colegas começaram criando uma série de pequenos postes em um substrato de silício; eles então revestiram a superfície com materiais chamados copolímeros em bloco, que têm uma tendência natural para se agrupar em longas estruturas cilíndricas. Controlando cuidadosamente o espaçamento inicial dos postes, Ross explica, os pesquisadores conseguiram definir o espaçamento, ângulos, curvas e junções dos cilindros que se formam na superfície. Além do mais, ela diz, “Cada uma das duas camadas de cilindros pode ser controlada de forma independente usando esses postes, ”Tornando possível criar configurações 3-D complexas.

p Amir Tavakkoli, um estudante visitante de pós-graduação da Universidade Nacional de Cingapura e principal autor do Ciência papel, diz que muitos pesquisadores tentaram produzir arranjos complexos de fios em nanoescala por meio da automontagem. Mas as tentativas anteriores usaram processos complexos com muitas etapas, e não conseguiu controlar bem as configurações resultantes. O novo sistema é mais simples, Tavakkoli diz, e “não só controlava o alinhamento dos fios, mas mostrou que podemos até ter curvas e junções agudas ”em locais determinados com precisão.

p “Não era esperado que fosse possível, ”Diz o estudante de pós-graduação do MIT Kevin Gotrik. “Foi um resultado surpreendente. Nós tropeçamos nele, e então tive que descobrir como funciona. ”

p Havia uma série de barreiras a serem superadas para tornar o sistema prático, Gotrik diz. Por exemplo, os postes fabricados na superfície são a chave para controlar todo o processo de automontagem, mas eles precisam ser um pouco mais altos do que largos, o que pode levar alguns a tombar; a equipe do MIT finalmente encontrou materiais e formas que seriam estáveis. “Exploramos uma ampla gama de condições, ”Gotrik diz.

p O estudante de graduação Adam Hannon diz que a equipe usou simulações de computador das estruturas para explorar os efeitos de diferentes configurações de pós na estrutura 3-D de camada dupla. Essas simulações foram comparadas com as estruturas mais promissoras observadas em laboratório para obter uma maior compreensão sobre como controlar as estruturas resultantes que se formaram.

p Até aqui, a equipe do MIT produziu apenas configurações de duas camadas, mas Alfredo Alexander-Katz, professor assistente de ciência e engenharia de materiais, diz, “Acho que seria viável ir para três camadas”, mantendo o controle total sobre a disposição das estruturas em cada camada.

p Uma tecnologia de capacitação chave foi a capacidade do laboratório do MIT, usando litografia de feixe de elétrons, para fazer postes cilíndricos de 10 nanômetros de largura com posicionamento precisamente controlado. Essas postagens, por sua vez, orientar o posicionamento dos cilindros de automontagem. Karl Berggren, um professor associado de engenharia elétrica, diz que é como se a litografia colocasse uma série de pilares, e esses pilares então controlam o complexo, roteamento multinível de rodovias que se cruzam.

p Em trabalhos anteriores, os pesquisadores do MIT demonstraram que este método de automontagem poderia ser usado para criar fios que são muito mais finos do que aqueles que podem ser feitos por técnicas de fotolitografia existentes para a produção de microchips - e assim ajudar a abrir caminho para dispositivos de próxima geração que embalam ainda mais fios e transistores em uma determinada área de material de chip de silício. “Em princípio, isso é escalonável para dimensões bem pequenas, ”Ross diz, muito menor do que a largura de 15 nanômetros dos cilindros produzidos até agora - que já é menos da metade da largura dos fios mais finos em microchips existentes.

p As tecnologias básicas envolvidas são compatíveis com os equipamentos de fabricação existentes na indústria de semicondutores, dizem os pesquisadores. Mas esta é uma pesquisa básica que provavelmente ainda está longe da produção real de chips, eles alertam. No próximo ano, a equipe espera usar essa metodologia para produzir um dispositivo eletrônico simples.

p A técnica não se limita a produzir fios em um chip de silício, Ross e seus colegas dizem. O mesmo método poderia ser usado para criar matrizes 3-D de outros tipos de materiais - como proteínas ou moléculas de DNA, por exemplo - para criar detectores biológicos ou sistemas de entrega de drogas.

p Craig Hawker, professor de química e bioquímica da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara, diz que esta é uma “descoberta de longo alcance, ”Que“ ajuda muito a cumprir as demandas do International Technology Roadmap for Semiconductors, que exige um robusto, técnica de nanopadronização comercialmente viável. ”

p Hawker acrescenta, “A robustez e o poder desta abordagem também podem levar a aplicações fora da litografia e da microeletrônica, com impacto na purificação da água, membranas e fotovoltaicos orgânicos. ”Ele diz que este trabalho é“ um exemplo espetacular de trabalho multidisciplinar, com os avanços da química, física e nanotecnologia combinadas perfeitamente para resolver um problema tecnológico crítico e importante da sociedade. ”

p O trabalho foi apoiado pela Semiconductor Research Corporation, o FENA Center, a Iniciativa de Pesquisa de Nanoeletrônica, a Aliança Cingapura-MIT, a National Science Foundation, Tokyo Electron e Taiwan Semiconductor Manufacturing Company. p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.