No nanomundo, minúsculas partículas de ouro podem operar como sopradores de neve, agitando-se através das camadas superficiais de uma importante classe de semicondutores para cavar caminhos infalivelmente retos. A surpreendente capacidade de abertura de valas, relatado por cientistas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e IBM, é um acréscimo importante ao kit de ferramentas de métodos de 'automontagem' fornecidos pela natureza que os pesquisadores pretendem aproveitar para fazer dispositivos úteis.

As aplicações previsíveis incluem a integração de lasers, sensores, guias de ondas e outros componentes ópticos nos chamados dispositivos lab-on-a-chip agora usados ​​para diagnóstico de doenças, triagem de materiais e drogas experimentais, Análise forense de DNA e muito mais. Fácil de controlar, o novo processo catalisado por ouro para a criação de padrões de canais com dimensões em nanoescala poderia ajudar a gerar tecnologias inteiramente novas elaboradas a partir de conjuntos de estruturas ultrapequenas.

Os resultados da pesquisa preliminar que começaram como limões - uma falha causada por contaminantes que impediu a formação esperada de nanofios - acabou se transformando em limonada quando as imagens do microscópio eletrônico de varredura revelaram longo, canais retos.

"Ficamos desapontados, inicialmente, ", diz o químico pesquisador do NIST, Babak Nikoobakht." Então descobrimos que a água era o contaminante no processo - um problema que acabou sendo uma coisa boa. "

Isso é porque, conforme determinado em experimentos subsequentes, a adição de vapor d'água serviu para transformar nanopartículas de ouro em escavadores de canais, em vez dos fabricantes de fios esperados. Começando com estudos sobre o fosforeto de índio semicondutor, a equipe descobriu os mecanismos químicos e as condições necessárias para o processo de corrosão da superfície.

Primeiro, eles padronizaram a superfície do semicondutor revestindo-o seletivamente com uma camada de ouro de apenas alguns nanômetros de espessura. Após o aquecimento, o filme se quebra em minúsculas partículas que se transformam em gotículas. O fosfeto de índio subjacente se dissolve nas nanopartículas de ouro acima, criando uma liga de ouro. Então, o vapor de água aquecido é introduzido no sistema. Em temperaturas abaixo de 300 graus Celsius (572 graus Fahrenheit), as minúsculas partículas de liga de ouro, agora envolto em moléculas de água, gravar poços em nanoescala no fosfeto de índio.

Mas a 440 graus Celsius (824 graus Fahrenheit) e acima, nanocanais longos em forma de V formados. Os canais seguiram caminhos retos ditados pela rede de átomos que se repetia regularmente no semicondutor cristalino. Durante o processo, átomos de índio e fósforo interagem com átomos de oxigênio nas moléculas de água na superfície da gota de liga de ouro. O índio oxidado e o fósforo evaporam, e a gota avança, pegando mais átomos semicondutores para oxidar à medida que avança.

O resultado é uma série de bosques cristalinos. As dimensões das ranhuras correspondem ao tamanho da gota, que pode ser controlado.

Com efeito, a gota é o equivalente químico da broca de um soprador de neve que, em vez de neve, cava na parte superior do semicondutor e ejeta os bits evaporados, Nikoobakht explica.

A equipe observou os mesmos fenômenos em fosfeto de gálio e arsenieto de índio, mais dois exemplos de semicondutores formados pela combinação de elementos da terceira e quinta colunas da tabela periódica. Semicondutores compostos nesta classe são usados ​​para fazer LEDs, e para comunicações, eletrônica de alta velocidade e muitas outras aplicações. Nikoobakht acredita que, com ajustes, o processo de gravação também pode funcionar para a criação de padrões de canais em silício e outros materiais.

Controlável, rápido e flexível, o processo de fabricação de canais "de baixo para cima" mostra a promessa de uso em escalas industriais, os pesquisadores sugerem. Em seu artigo, as equipes descrevem como usaram o processo para gravar padrões de canais ocos, como aqueles usados ​​para direcionar o fluxo de líquidos, como uma amostra de sangue, em um dispositivo microfluídico, ou laboratório em um chip.