p A capacidade de padronizar materiais em tamanhos cada vez menores - usando litografia de feixe de elétrons (EBL), em que um material sensível a elétrons é exposto a um feixe de elétrons focalizado, como método principal - está impulsionando avanços na nanotecnologia. Quando o tamanho do recurso de materiais é reduzido da macroescala para a nanoescala, átomos e moléculas individuais podem ser manipulados para alterar dramaticamente as propriedades do material, como cor, reatividade química, condutividade elétrica, e interações de luz. p Na busca contínua de padronizar materiais com tamanhos de recursos cada vez menores, cientistas do Center for Functional Nanomaterials (CFN) - um Departamento de Energia dos EUA (DOE) Office of Science User Facility no Brookhaven National Laboratory - estabeleceram recentemente um novo recorde. Realizar EBL com um microscópio eletrônico de transmissão de varredura (STEM), eles têm filmes finos padronizados do polímero poli (metacrilato de metila), ou PMMA, com recursos individuais tão pequenos quanto um nanômetro (nm), e com um espaçamento entre recursos de 11 nm, produzindo uma densidade de área de quase um trilhão de recursos por centímetro quadrado. Essas conquistas recordes foram publicadas na edição online de 18 de abril de Nano Letras .

p "Nosso objetivo na CFN é estudar como a óptica, elétrico, térmico, e outras propriedades dos materiais mudam à medida que os tamanhos dos recursos ficam menores, "disse o autor principal Vitor Manfrinato, pesquisador associado do grupo de microscopia eletrônica do CFN, que iniciou o projeto como usuário do CFN enquanto concluía seu trabalho de doutorado no MIT. "Até agora, padronizar materiais em um único nanômetro não foi possível de forma controlável e eficiente. "

p Os instrumentos comerciais EBL normalmente padronizam materiais em tamanhos entre 10 e 20 nanômetros. As técnicas que podem produzir padrões de alta resolução requerem condições especiais que limitam sua utilidade prática ou diminuem drasticamente o processo de padronização. Aqui, os cientistas forçaram os limites de resolução de EBL instalando um gerador de padrões - um sistema eletrônico que move precisamente o feixe de elétrons sobre uma amostra para desenhar padrões projetados com software de computador - em um dos STEMs corrigidos por aberrações do CFN, um microscópio especializado que fornece um feixe de elétrons focalizado na escala atômica.

p "Nós convertemos uma ferramenta de imagem em uma ferramenta de desenho que é capaz não só de obter imagens de resolução atômica, mas também de fazer estruturas de resolução atômica, "disse o co-autor Aaron Stein, um cientista sênior do grupo de nanomateriais eletrônicos no CFN.

p Suas medições com este instrumento mostram uma redução de quase 200 por cento no tamanho do recurso (de 5 para 1,7 nm) e aumento de 100 por cento na densidade do padrão de área (de 0,4 a 0,8 trilhões de pontos por centímetro quadrado, ou espaçamento de 16 a 11 nm entre recursos) em relatórios científicos anteriores.

p Os filmes de PMMA padronizados da equipe podem ser usados ​​como estênceis para transferir o nanômetro de um dígito desenhado para qualquer outro material. Nesse trabalho, os cientistas criaram estruturas menores que 5 nm em materiais metálicos (paládio ouro) e semicondutores (óxido de zinco). Suas características de ouro paládio fabricadas tinham apenas seis átomos de largura.

p Apesar desta demonstração de estabelecimento de recorde, a equipe continua interessada em entender os fatores que ainda limitam a resolução, e, finalmente, levando EBL ao seu limite fundamental.

p "A resolução de EBL pode ser afetada por muitos parâmetros, incluindo limitações do instrumento, interações entre o feixe de elétrons e o material polimérico, dimensões moleculares associadas à estrutura do polímero, e processos químicos de litografia, "explicou Manfrinato.

p Um resultado empolgante deste estudo foi a constatação de que os filmes de polímero podem ser padronizados em tamanhos muito menores do que o raio efetivo de 26 nm da macromolécula de PMMA. "As cadeias de polímero que compõem uma macromolécula de PMMA têm um milhão de monômeros repetidos (moléculas) de comprimento - em um filme, essas macromoléculas estão todas emaranhadas e enroladas, " said Stein. "We were surprised to find that the smallest size we could pattern is well below the size of the macromolecule and nears the size of one of the monomer repeating units, as small as a single nanometer."

p Próximo, the team plans to use their technique to study the properties of materials patterned at one-nanometer dimensions. One early target will be the semiconducting material silicon, whose electronic and optical properties are predicted to change at the single-digit nanometer scale.

p "This technique opens up many exciting materials engineering possibilities, tailoring properties if not atom by atom, then closer than ever before, " said Stein. "Because the CFN is a national user facility, we will soon be offering our first-of-a-kind nanoscience tool to users from around the world. It will be really interesting to see how other scientists make use of this new capability."