p Híbrido, nanoestruturas multifuncionais com diversas formas 3D e composição de material complexa agora podem ser fabricadas com uma técnica de fabricação precisa e eficiente. p A realização das nanomáquinas está se aproximando cada vez mais da realidade. Pesquisadores do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes em Stuttgart estão ajudando a tornar realidade um dos grandes desafios da nanociência. Eles desenvolveram um método que torna possível fabricar uma variedade de nanoestruturas com formatos incomuns e funcionalizáveis. Ele permite que eles combinem materiais com propriedades físicas e químicas amplamente variadas nas menores escalas. A equipe de cientistas liderada por Peer Fischer criou até antenas helicoidais de luz com menos de 100 nm de comprimento a partir de materiais que normalmente não podem ser moldados em nanoescala. Isso é obtido pelo depósito de vapor do material em um disco rotativo super-resfriado. Não só o processo permite a fabricação de nanoestruturas mais exatamente do que os métodos anteriores, vários bilhões dessas nanopartículas podem ser produzidas em paralelo de maneira rápida.

p Várias das ideias propostas sobre o que a nanotecnologia pode alcançar são um tanto ousadas:robôs minúsculos poderiam transportar medicamentos no corpo humano para focos de doenças ou ser pequenos o suficiente para operar dentro de uma célula humana. Seria possível que os nanomotores atuassem como sensores de luz ou toxina em escalas de comprimento 2.000 vezes menores que a espessura de um cabelo humano. As informações podem ser empacotadas em dispositivos de armazenamento em densidades muitas vezes mais altas do que é possível com a tecnologia atual. A pesquisa para a realização de alguns desses objetivos já está bem próxima. Agora, uma equipe liderada por Peer Fischer, Líder de um Grupo de Pesquisa no Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes, chegou ainda mais perto. "Desenvolvemos um versátil, preciso, e processo eficiente com o qual nanoestruturas tridimensionais podem ser fabricadas sob encomenda a partir de vários materiais ", diz Peer Fischer. "Até agora, estruturas com menos de 100 nanômetros só poderiam ser criadas de forma muito simétrica, formas principalmente esféricas ou cilíndricas. "

p Com seu novo método, os pesquisadores agora são capazes de produzir ganchos nanoscópicos híbridos, parafusos, e estruturas em ziguezague processando materiais com propriedades físicas muito diversas - metais, semicondutores, materiais magnéticos, e isoladores. Como um exemplo das aplicações possíveis, os pesquisadores produziram hélices de ouro que são adequadas como nanoantenas de luz. A cor da luz que as antenas absorvem pode ser controlada pela sua forma e composição do material. Com eles, luz polarizada circularmente pode, por exemplo, ser filtrada, um processo usado em projetores para filmes 3D. Também, o plano de oscilação de uma onda eletromagnética - que é o que a luz polarizada é - é girado no sentido horário ou anti-horário, dependendo do sentido de rotação do nanohélice de metal. O efeito é ordens de magnitude maior por hélice do que o que é visto com materiais de ocorrência natural.

p Nanoestruturas de um fluxo de vapor em ilhas de nanopontos de ouro

p O controle exato sobre a forma e a estrutura dos nanocomponentes foi alcançado pelos pesquisadores em Stuttgart por meio de seu método elegante, que pode produzir várias centenas de bilhões de cópias de uma estrutura complexa em cerca de uma hora. Com a ajuda da nanolitografia micelar, que está disponível há vários anos, eles primeiro colocam bilhões de nanopartículas de ouro dispostas regularmente na superfície de uma placa de silício ou vidro. Eles depositam partículas de ouro cobertas por uma casca polimérica sobre o substrato, que então se organizam em um pacote compacto, padrão regular. Depois de remover o invólucro de polímero com um plasma, os pontos dourados permanecem ligados ao substrato. Os cientistas então colocam o wafer pré-padronizado no que é essencialmente um fluxo de vapor metálico em um ângulo oblíquo o suficiente para que os átomos metálicos possam ver apenas as minúsculas ilhas de ouro e se depositar apenas nesses pontos. Assim, eles crescem rapidamente em nanoestruturas que podem ter tamanhos de recursos tão pequenos quanto 20 nm.

p Se os pesquisadores girarem lentamente o substrato durante a deposição de vapor, as hastes se enrolam em uma hélice. Se eles girarem o substrato abruptamente, forma-se uma forma em ziguezague. Se o material que está sendo vaporizado na câmara durante o processo for alterado, um material composto, como uma liga de metal, é formado. E claro, todos esses truques legais podem ser combinados. Por exemplo, eles anexaram ganchos de cobre a hastes de óxido de alumínio usando uma fina camada de titânio para aderir os dois materiais.

p A ideia crucial:resfriamento de nitrogênio líquido

p "Estruturas maiores já são produzidas há um tempo de forma semelhante", explica Andrew G. Mark, um pesquisador de Max Planck que desempenhou um papel importante no desenvolvimento do método. "Até agora, este método não pode ser transferido para nanoestruturas, no entanto. "Isso ocorre porque o calor, átomos móveis depositados do vapor rapidamente se organizam na superfície em uma esfera devido a considerações de energia. "Portanto, tivemos a ideia de resfriar o substrato usando nitrogênio líquido a cerca de 200 graus Celsius negativos, que flui através do suporte de substrato, para que um átomo seja rapidamente congelado e fixado na posição assim que pousar no ápice do nanocorpo em crescimento ", diz John G. Gibbs, que também contribuiu significativamente para o trabalho no Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes.

p Apesar da versatilidade do método, nem todas as formas podem ser criadas com ele. "Porque a estrutura sempre cresce longe do wafer, sem anéis, triângulos fechados ou quadrados podem formar ", diz Fischer. "Não somos capazes de construir uma Torre Eifel em nanoescala." No entanto, oportunidades amplas estão abertas para ele e sua equipe. “Nosso objetivo de longo prazo é construir nanomáquinas”, diz Peer Fischer. "A natureza constrói motores na escala de cerca de 20 nanômetros. Gostaríamos de acoplar nossos componentes a esses motores." Então, pode ser possível que muitos dos sonhos dos nano-professores se tornem realidade.