p Estudante de pós-graduação da Universidade do Texas em Dallas, seu consultor e colaboradores da indústria acreditam que eles resolveram um problema de longa data que preocupa cientistas e engenheiros há mais de 35 anos:como evitar que a ponta de um microscópio de tunelamento de varredura colida com a superfície de um material durante a geração de imagens ou litografia. p Detalhes da solução do grupo apareceram na edição de janeiro do jornal Revisão de instrumentos científicos , que é publicado pelo American Institute of Physics.

p Microscópios de tunelamento de varredura (STMs) operam em um vácuo ultra-alto, trazendo uma sonda de ponta fina com um único átomo em seu ápice muito perto da superfície de uma amostra. Quando a tensão é aplicada à superfície, os elétrons podem pular ou criar um túnel através da lacuna entre a ponta e a amostra.

p "Pense nisso como uma agulha muito afiada, atomicamente nítido, "disse Farid Tajaddodianfar, um estudante de graduação em engenharia mecânica na Escola de Engenharia e Ciência da Computação Erik Jonsson. "O microscópio é como um braço robótico, capaz de alcançar átomos na superfície da amostra e manipulá-los. "

p O problema é, às vezes, a ponta de tungstênio colide com a amostra. Se tocar fisicamente a superfície da amostra, pode, inadvertidamente, reorganizar os átomos ou criar uma "cratera, "o que poderia danificar a amostra. Tal" colapso da ponta "muitas vezes força os operadores a substituir a ponta muitas vezes, perdendo um tempo valioso.

p Dr. John Randall é professor adjunto da UT Dallas e presidente da Zyvex Labs, um Richardson, Empresa de nanotecnologia com sede no Texas, especializada no desenvolvimento de ferramentas e produtos que fabricam estruturas átomo por átomo. Zyvex entrou em contato com o Dr. Reza Moheimani, um professor de engenharia mecânica, para ajudar a resolver o problema de travamento da ponta dos STMs. A cadeira dotada de Moheimani foi um presente do fundador da Zyvex, James Von Ehr MS'81, que foi homenageado como um distinto ex-aluno da UTD em 2004.

p "O que eles estão tentando fazer é ajudar a transformar a fabricação atomicamente precisa em realidade, "disse Randall, que foi coautor do artigo com Tajaddodianfar, James Owen de Moheimani e Zyvex Labs. “Este é considerado o futuro da nanotecnologia, e é um trabalho extremamente importante. "

p Randall disse que essa fabricação precisa levará a uma série de inovações.

p "Ao construir estruturas átomo por átomo, você é capaz de criar novos, materiais extraordinários, "disse Randall, que é co-presidente do Comitê de Engajamento da Indústria da Jonsson School. "Podemos remover impurezas e tornar os materiais mais fortes e resistentes ao calor. Podemos construir computadores quânticos. Isso poderia reduzir radicalmente os custos e expandir as capacidades na medicina e em outras áreas. Por exemplo, se pudermos entender melhor o DNA em nível atômico e molecular, isso nos ajudará a ajustar e adaptar os cuidados de saúde de acordo com as necessidades dos pacientes. As possibilidades são infinitas."

p Além disso, Moheimani, um engenheiro de controle e especialista em nanotecnologia, disse que os cientistas estão tentando construir transistores e computadores quânticos de um único átomo usando esta tecnologia.

p “Há uma corrida internacional para construir máquinas, dispositivos e equipamentos 3-D do átomo para cima, "disse Moheimani, a James Von Ehr Distinguished Chair em Ciência e Tecnologia.

p 'É um grande, Grande problema'

p Randall disse que o Zyvex Labs gastou muito tempo e dinheiro tentando entender o que acontece com as dicas quando elas quebram.

p "É um grande, grande problema, "Randall disse." Se você não pode proteger a ponta, você não vai construir nada. Você está perdendo seu tempo. "

p Tajaddodianfar e Moheimani disseram que o problema é o controlador.

p "Há um controlador de feedback no STM que mede a corrente e move a agulha para cima e para baixo, "Moheimani disse." Você está se movendo de um átomo para outro, em uma superfície irregular. Não é plano. Por causa disso, a distância entre a amostra e a ponta muda, assim como a corrente entre eles. Enquanto o controlador tenta mover a ponta para cima e para baixo para manter a corrente, nem sempre responde bem, nem regula a ponta corretamente. O movimento resultante da ponta geralmente é instável. "

p É o controlador de feedback que falha em proteger a ponta de bater na superfície, Tajaddodianfar disse.

p "Quando as propriedades eletrônicas são variáveis ​​na superfície da amostra, a ponta está mais sujeita a travar sob sistemas de controle convencionais, "disse ele." É para ser realmente, realmente afiado. Mas quando a ponta bate na amostra, quebra, ondula para trás e se achata.

p "Assim que a ponta bater na superfície, esqueça. Tudo muda."

p A solução

p De acordo com Randall, Tajaddodianfar deu passos lógicos para criar a solução.

p "O brilhantismo de Tajaddodianfar é que ele olhou para o problema e entendeu a física do túnel entre a ponta e a superfície, que existe uma pequena barreira eletrônica que controla a taxa de tunelamento, “Disse Randall.“ Ele descobriu uma maneira de medir a altura da barreira local e ajustar o ganho no sistema de controle que comprovadamente mantém a ponta longe de problemas. Sem isso, a ponta apenas salta, batendo na superfície. Agora, ele se ajusta aos parâmetros de controle em tempo real. "

p Moheimani disse que o grupo espera mudar sua trajetória no que diz respeito à construção de novos dispositivos.

p "Essa é a próxima coisa para nós. Começamos a encontrar a origem deste problema, e nós fizemos isso. E, nós encontramos uma solução. É como tudo na ciência:o tempo dirá o quão impactante nosso trabalho será, "Moheimani disse." Mas acho que resolvemos o grande problema. "