p Projetar uma estrutura impressa em 3-D é difícil o suficiente quando o produto tem polegadas ou pés de tamanho. Imagine encolher para um tamanho menor que uma gota d'água, menor ainda do que um cabelo humano, até que seja diminuído por uma bactéria comum. p Esta estrutura impossivelmente pequena pode se tornar realidade com a deposição induzida por feixe de elétrons focado, ou FEBID, para imprimir essencialmente 3-D em nanoescala. FEBID usa um feixe de elétrons de um microscópio eletrônico de varredura para condensar moléculas precursoras gasosas em um depósito sólido em uma superfície.

p Anteriormente, este método era trabalhoso, sujeito a erros e impraticável para a criação de estruturas complexas maiores do que alguns nanômetros. Agora, uma equipe do Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia, em colaboração com a University of Tennessee e a Graz University of Technology, desenvolveu um poderoso processo de desenho guiado por simulação para melhorar o FEBID e introduzir novas possibilidades na nanofabricação.

p O líder da equipe Jason Fowlkes, um membro da equipe de pesquisa do Centro de Ciências de Materiais Nanofásicos do ORNL, um DOE Office of Science User Facility, disse que o novo sistema integra design e construção em um processo simplificado que cria nanoestruturas 3-D complexas.

p Harald Plank, coautor do estudo em Graz, Áustria, disse que a capacidade de projetar com precisão nanoestruturas personalizadas "abre uma série de novas aplicações em plasmonics 3-D, nano-sensores autônomos e elementos nano-mecânicos em nanoescala inferior que são quase impossíveis de fabricar por outras técnicas. "

p O processo usa uma simulação 3-D para guiar o feixe de elétrons e replicar redes e malhas complexas entre 10 nanômetros e um mícron de tamanho. O modelo rastreia os caminhos de espalhamento de elétrons e a liberação de elétrons secundários para prever o padrão de deposição na superfície do material e visualizar a estrutura final de um experimento.

p O aspecto inovador deste trabalho, de acordo com Fowlkes, é a convergência de experimentos e simulação. A simulação orienta a construção experimental, enquanto os experimentos concluídos, por sua vez, fornecer feedback sobre a precisão e força da simulação. Os projetos são alimentados no programa de simulação e desenho, e quaisquer inconsistências entre os dois causadas pela atividade do elétron secundário podem ser detectadas antes do experimento.

p "Em sua forma mais simples, uma vez que conhecemos o perfil de emissão dos elétrons secundários que não queremos, podemos projetar em torno deles, "Fowlkes disse.

p Embora mais lento do que outros métodos de nanofabricação disponíveis na sala limpa do CNMS, o processo FEBID é o único que pode produzir nanoestruturas 3-D de alta fidelidade, Disse Fowlkes. Sem nenhuma maneira de "ver" as nanoestruturas durante a construção, pesquisadores anteriormente confiavam em tentativa e erro, ajustando manualmente os parâmetros de construção para produzir as formas desejadas.

p Fowlkes disse que a equipe agora se concentrará em purificar totalmente as estruturas de contaminação por carbono. O processo de purificação, chamado de purificação in situ, remove as impurezas durante a construção, usando água ou oxigênio e um laser para liberar o carbono residual do precursor e expulsá-lo da estrutura. A simulação pode até mesmo incorporar as tensões do processo de remoção de carbono e pode antecipar a transformação no produto final.

p "Podemos projetar estruturas de forma que o padrão de escrita real possa parecer distorcido, mas isso levando em consideração o fato de que vai se retrair e se contrair durante a purificação e então parecerá com a estrutura adequada, "Fowlkes disse.