(PhysOrg.com) -- Quando un team di ricercatori universitari e industriali ha provato un romanzo, tecnica di riempimento degli stampi in stile fonderia per realizzare dispositivi su scala nanometrica, si resero conto di aver scoperto una gemma.

Non solo hanno aperto la strada a un metodo di fabbricazione tridimensionale su nanoscala, hanno usato il processo per rendere ultra-duro, nanosonde resistenti all'usura in un materiale simile al diamante.

Su scala più ampia, i materiali che sembrano lisci si abradono ancora a causa di leggere irregolarità e difetti sulle loro superfici. Però, su scala nanometrica, gli atomi si staccano uno alla volta, creando nuove sfide per i ricercatori che costruiscono dispositivi a volte larghi solo decine di atomi.

"Gli effetti dell'attrito sono importanti nei dispositivi e nei processi su scala nanometrica, dove le forze superficiali come l'attrito sono sempre più dominanti a causa dell'elevato rapporto superficie-volume, "dice Kumar Sridharan, un distinto professore di ricerca di ingegneria fisica presso l'Università del Wisconsin-Madison e membro del gruppo di ricerca.

Il gruppo, che comprendeva anche ricercatori dell'Università della Pennsylvania e dell'IBM Research-Zurich, ha pubblicato i dettagli della sua ricerca il 31 gennaio nell'edizione online anticipata di Nanotecnologia della natura .

L'anticipo è fondamentale perché dimostra un metodo per applicare, in un'applicazione tridimensionale su nanoscala, carbonio simile al diamante contenente silicio, o Si-DLC. Nello studio, i ricercatori hanno dimostrato che Si-DLC, che è apprezzato per il suo basso attrito e l'elevata resistenza all'usura su macroscala, mostra anche un'eccezionale resistenza all'usura su scala nanometrica.

"Non era chiaro che i materiali resistenti all'usura su macroscala esibissero le stesse proprietà su nanoscala, ", afferma l'autore principale Harish Bhaskaran, un ex ricercatore IBM che ora è ricercatore presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica dell'Università di Yale.

Sviluppato da Sridharan, la nuova tecnica della "nano fonderia" potrebbe facilmente essere scalata per la produzione commerciale.

Utilizzando un wafer IBM silicio su isolante inciso con sharp, "stampi" a forma di piramide, " Sridharan ha usato Si-DLC per fabbricare punte ultra affilate, con raggio di 5 nanometri, su microcantilever in silicio standard.

Attualmente, i produttori incidono le punte in silicone. Però, per il nuovo metodo in stile fonderia, Sridharan ha sfruttato l'impianto e la deposizione di ioni per immersione al plasma, un processo a temperatura ambiente precedentemente utilizzato per l'applicazione, o "deposito, " rivestimenti sull'impianto di ioni in altri materiali. "Abbiamo sempre depositato film sottili sui materiali, " dice. "Lo abbiamo considerato come un processo di modifica della superficie bidimensionale".

In tre dimensioni, la tecnica funziona un po' come il modo in cui una nevicata ricopre il terreno. In questo caso, la "neve" è esametildisilossano ionizzato, un precursore liquido di Si-DLC che gassifica nella camera del plasma e infine si impacchetta ordinatamente negli stampi sul wafer IBM. "Il nostro processo ci ha permesso di riempire una punta molto affilata, molto preciso, "dice Sridharan.

Un altro vantaggio è che Si-DLC è un amorfo, piuttosto che cristallino, Materiale. Se un cristallo è troppo grande, lo stampo si riempirà in modo irregolare e limiterà l'affilatura della punta. Però, un materiale amorfo può scivolare atomo per atomo nello stampo, riempiendolo completamente, come gocce di pioggia in un secchio.

Oltre a riempire completamente gli stampi delle punte, Si-DLC riveste anche l'intero wafer. I ricercatori hanno sviluppato un semplice, processo di incisione del silicio in due fasi commercialmente fattibile per rilasciare la punta e il cantilever integrato dal wafer.

Le punte hanno applicazioni nella microscopia a forza atomica, memorizzazione dei dati e nanofabbricazione. Nei test di usura, in cui i ricercatori hanno fatto scorrere le punte continuamente su una superficie di biossido di silicio per diversi giorni, hanno scoperto che le punte Si-DLC erano 3, 000 volte più resistente all'usura delle punte in silicone. "Abbiamo preso un materiale che va bene su macroscala, lo fabbrichiamo su scala nanometrica, e mostriamo che è resistente all'usura su scala nanometrica, "dice Bhaskaran.

Altri autori sul Nanotecnologia della natura carta includono Bernd Gotsmann, Abu Sebastian, Ute Drechsler, Mark A. Lantz, Michel Despont, Papot Jaroenapibal, Robert W. Carpick, e Yun Chen.