Ricercatori dell'Università della Pennsylvania, l'Università del Wisconsin-Madison e l'IBM Research-Zürich hanno fabbricato un dispositivo ultra nitido, punta in carbonio simile al diamante che possiede una resistenza così elevata da essere 3, 000 volte più resistente all'usura su scala nanometrica rispetto al silicio.

Il risultato finale è un materiale in carbonio simile al diamante prodotto in serie su scala nanometrica che non si usura. La nuova punta di dimensioni nano, dicono i ricercatori, si consuma alla velocità di un atomo per micrometro di scorrimento su un substrato di biossido di silicio, molto inferiore a quello di una punta in ossido di silicio che rappresenta l'attuale stato dell'arte. Composto da carbonio, idrogeno, silicio e ossigeno modellati nella forma di una punta di dimensioni nanometriche e integrati all'estremità di un microcantilever di silicio per l'uso nella microscopia a forza atomica, il materiale ha implicazioni tecnologiche per l'imaging atomico, memorizzazione dei dati basata su sonda e come applicazioni emergenti come la nanolitografia, nanometrologia e nanofabbricazione.

L'importanza della scoperta risiede non solo nelle sue dimensioni e resistenza all'usura, ma anche nel substrato duro contro il quale ha dimostrato di funzionare bene a contatto strisciante:il biossido di silicio. Poiché il silicio, utilizzato in quasi tutti i dispositivi a circuito integrato, si ossida nell'atmosfera formando un sottile strato del suo ossido, questo sistema è il più rilevante per la nanolitografia, nanometrologia e applicazioni di nanoproduzione.

Si prevede che le tecnologie basate su sonda svolgano un ruolo dominante in molte di queste tecnologie; però, scarse prestazioni di usura di molti materiali quando vengono fatti scorrere contro l'ossido di silicio, compreso lo stesso ossido di silicio, ha un'utilità molto limitata per il laboratorio.

I ricercatori hanno costruito il materiale da zero, piuttosto che rivestire una punta su scala nanometrica con materiali resistenti all'usura. La collaborazione ha utilizzato una tecnica di stampaggio per fabbricare punte monolitiche su microcantilever di silicio standard. È disponibile una tecnica di lavorazione di massa che ha il potenziale per scalare per la produzione commerciale.

Robert Carpick, professore nel Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Meccanica Applicata a Penn, e il suo gruppo di ricerca aveva precedentemente dimostrato che i film sottili a base di carbonio, compreso il carbonio simile al diamante, aveva un basso attrito e usura su scala nanometrica; però, è stato difficile fabbricare strutture su nanoscala fatte di carbonio simile al diamante fino ad ora.

Comprendere l'attrito e l'usura su scala nanometrica è importante per molte applicazioni che coinvolgono componenti su scala nanometrica che scorrono su una superficie.

"Non è chiaro che i materiali resistenti all'usura su scala macro mostrino la stessa proprietà su scala nanometrica, "autore principale Harish Bhaskaran, che era una ricerca post-dottorato presso IBM durante lo studio, disse.

Difetti, crepe e altri fenomeni che influenzano la resistenza del materiale e l'usura su scala macroscopica sono meno importanti su scala nanometrica, ecco perché i nanofili possono, Per esempio, mostrano resistenze maggiori rispetto ai campioni sfusi.

Lo studio è pubblicato nell'attuale edizione della rivista Nanotecnologia della natura .