Como o jato de areia em escala nanométrica, feixes de íons focalizados fazem ablação de materiais duros para formar padrões tridimensionais intrincados. As vigas podem criar pequenos recursos nas dimensões laterais - comprimento e largura, mas para criar a próxima geração de dispositivos em escala nanométrica, os íons energéticos devem controlar com precisão os recursos na dimensão vertical - profundidade. Agora, pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) demonstraram que uma técnica de feixe de íons padrão pode ser ajustada para fazer estruturas com profundidades controladas dentro do diâmetro de um único átomo de silício.

Aproveitando essa precisão recentemente demonstrada, a equipe do NIST usou essa técnica de usinagem padrão para fabricar dispositivos que permitem a medição precisa do tamanho das nanopartículas em um líquido. Os dispositivos nanofluídicos, que têm potencial para produção em massa, poderia se tornar um novo padrão de laboratório para determinar o tamanho das nanopartículas. Essas medições podem acelerar o controle de qualidade em aplicações industriais de nanopartículas.

“Testamos e avançamos o que é possível fazer e medir abaixo de um nanômetro, "disse o pesquisador do NIST Samuel Stavis. Ele e seus colegas do NIST e do Maryland NanoCenter da Universidade de Maryland em College Park relataram suas descobertas em uma edição recente da Lab on a Chip .

Embora os engenheiros tenham usado durante anos feixes de íons para consertar defeitos em circuitos integrados e peças minúsculas de máquinas em sistemas ópticos e mecânicos, esses aplicativos não exigiam o controle de profundidade que a equipe agora relatou.

Para realizar todo o potencial do processo, a equipe explorou várias maneiras de usar um feixe focalizado de íons de gálio para fresar as superfícies de silício, nitreto de silício e dióxido de silício - materiais que são comuns para a fabricação de dispositivos em nanoescala usados ​​em eletrônica, ótica e mecânica. Os pesquisadores usaram um microscópio de força atômica, que possui uma sonda sensível para medir a profundidade da topografia formada pelo feixe de íons. Medições cuidadosas foram importantes para testar os limites da técnica de feixe de íons. As instalações do NIST permitiram que a equipe realizasse ambas as tarefas - fabricação e medição de precisão.

A equipe aplicou o novo recurso para melhorar a medição do tamanho das nanopartículas. Usando um feixe de íons de gálio, os pesquisadores usinaram padrões de escada em dióxido de silício e os fecharam para controlar o fluxo de fluido em nanoescala. Em alguns dispositivos, os pesquisadores usinaram uma escada com degraus de 1,1 nanômetro; eles usinaram outros com um tamanho de etapa de 0,6 nanômetros - apenas alguns átomos de profundidade.

Os degraus do padrão de escada separavam com precisão as nanopartículas imersas em água de acordo com seu tamanho. Nanopartículas fluíram para o degrau mais profundo na parte inferior da escada, mas apenas os menores podiam subir em direção ao degrau mais raso do topo; nanopartículas maiores não poderiam passar e permanecer presas no conjunto inferior de etapas. O corante fluorescente dentro das nanopartículas permitiu à equipe registrar sua localização com um microscópio óptico e comparar essa localização com a profundidade conhecida da escada.

A comparação dos tamanhos das nanopartículas indicados por este método com os tamanhos medidos usando microscopia eletrônica revelou uma correspondência com precisão de um nanômetro. Esta boa concordância das diferentes medições sugere que os dispositivos podem servir não apenas como um separador de partículas, mas como um material de referência para medir os tamanhos das nanopartículas.

Fabricantes que rotineiramente realizam controle de qualidade em nanopartículas, determinando não apenas seu tamanho médio, mas quantas das nanopartículas são ligeiramente menores ou maiores do que a média de lote para lote - poderia se beneficiar com a nova técnica. Os dispositivos recém-fabricados, em combinação com um microscópio óptico barato para identificar a localização das nanopartículas, oferecem uma rota potencialmente mais rápida e econômica do que outras técnicas de medição, Stavis notou. A equipe agora está investigando como os dispositivos podem servir como moldes principais para a produção em massa de réplicas baratas.

Como as nanopartículas foram medidas com um microscópio óptico, a equipe do NIST também pode explorar a relação entre o tamanho das nanopartículas e outra propriedade-chave - seu brilho. Esclarecer essa relação é importante para compreender as propriedades de tais nanopartículas como pontos quânticos para telas coloridas, nanopartículas de ouro para sensores biomédicos, e outras nanopartículas para entrega de drogas.

A equipe detalhou seu processo para que os pesquisadores do NIST possam facilmente aproveitar e adaptar o processo para seu próprio trabalho. Vários clientes das instalações de usuários de nanotecnologia do NIST, o Centro de Ciência e Tecnologia em nanoescala, onde o trabalho foi conduzido, manifestaram interesse em adaptar a tecnologia para medir o tamanho e o brilho das nanopartículas nesses produtos de consumo.

Esta história foi republicada por cortesia do NIST. Leia a história original aqui.