(PhysOrg.com) -- Scienziati dell'Università della Pennsylvania, l'Università del Wisconsin-Madison e l'IBM Research - Zurigo hanno fabbricato una punta in carburo di silicio ultra affilata che possiede una resistenza così elevata da essere migliaia di volte più resistente all'usura su scala nanometrica rispetto ai modelli precedenti. La nuova punta, che è 100, 000 volte più piccolo della punta di una matita, rappresenta un passo importante verso la nanoproduzione per applicazioni, compresi i biosensori per l'assistenza sanitaria e l'ambiente.

La ricerca di materiali duri per prolungare la vita lavorativa degli utensili affilati è un problema secolare iniziato con i primi scalpelli utilizzati nella scultura della pietra. Alla fine fu scoperto il ferro e gli strumenti in acciaio rivoluzionarono l'era. Oggi, la sfida rimane la stessa, ma su una scala molto più piccola:la necessità di una punta di dimensioni nanometriche che sia allo stesso tempo ultra affilata, eppure ancora fisicamente robusto, in particolare a temperature estreme e ambienti chimici difficili.

"Il materiale della punta dei sogni per la nanofabbricazione termomeccanica dovrebbe avere un'elevata durezza, stabilità della temperatura, inerzia chimica, e alta conducibilità termica, " ha detto il dottor Mark Lantz, manager in ricerca storage presso IBM Research - Zurigo. "Con questo nuovo suggerimento continuiamo a realizzare la visione di IBM di un sistema più intelligente, mondo strumentato con sensori microscopici che monitorano tutto, dall'inquinamento dell'acqua alla cura del paziente."

Estendendo la loro precedente collaborazione di successo, scienziati dell'Università della Pennsylvania, l'Università del Wisconsin-Madison e IBM Research - Zurigo hanno sviluppato un nuovo, punta resistente di dimensioni nanometriche che si consuma a una velocità inferiore a un atomo per millimetro di scorrimento su un substrato di biossido di silicio. Questo è molto più basso del tasso di usura delle punte in silicio convenzionali e la sua durezza è 100 volte maggiore di quella delle punte in carbonio simil-diamante drogate con ossido di silicio all'avanguardia sviluppate dalla stessa collaborazione lo scorso anno.

"Rispetto al nostro precedente lavoro sul silicio, la nuova punta in carburo può scorrere su una superficie di biossido di silicio di circa 10, 000 volte più lontano prima che venga raggiunto lo stesso volume di usura e 300 volte più lontano della nostra precedente punta in carbonio simile al diamante. Questo è un risultato significativo che renderà la nanofabbricazione pratica e conveniente, " ha detto il prof. Robert W. Carpick, Università della Pennsylvania.

Per creare il nuovo suggerimento, gli scienziati hanno sviluppato un processo in base al quale le superfici delle punte di silicio su scala nanometrica sono esposte a ioni di carbonio e quindi ricotte in modo da formare un forte strato di carburo di silicio, ma viene mantenuta la nitidezza su scala nanometrica della punta in silicone originale. Sebbene il carburo di silicio sia noto da tempo come un materiale candidato ideale per tali punte, l'esclusivo processo di impianto e ricottura del carbonio ha permesso di indurire la superficie mantenendo la forma originale e garantendo una forte adesione tra la superficie indurita della punta e il materiale sottostante, simile a come l'acciaio viene temperato per renderlo più duro.

Costituito principalmente da carbonio e silicio, la punta è affilata a un apice di dimensioni nanometriche e integrata all'estremità di un microcantilever di silicio per l'uso nella microscopia a forza atomica. L'importanza dello sviluppo risiede non solo nella sua capacità di mantenere l'affilatura della punta e la sua resistenza all'usura, ma anche nella sua resistenza allo scorrimento contro un substrato duro come 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 tra i più rilevanti per le applicazioni emergenti nella nanolitografia e nelle applicazioni di nanoproduzione.

Più specificamente, gli scienziati sperano che la nuova punta possa essere utilizzata per fabbricare biosensori, ad esempio per la gestione dei livelli di glucosio nei pazienti diabetici o per il monitoraggio dei livelli di inquinamento nell'acqua.

Si prevede che le tecnologie basate su sonda svolgano un ruolo predominante in molte di queste tecnologie. Però, scarse prestazioni di usura dei materiali delle punte finora utilizzati, soprattutto quando fatto scivolare contro l'ossido di silicio, hanno precedentemente limitato la loro utilità per le applicazioni sperimentali.

Il prossimo passo per gli scienziati è iniziare a testare il nuovo puntale per l'uso nelle applicazioni, a partire dalla nanoproduzione.

Lo studio, pubblicato oggi sulla rivista peer-reviewed Materiali funzionali avanzati , è stato condotto in collaborazione dal Dr. Mark A. Lantz e dal Dr. Bernd Gotsmann, IBM Research - Zurigo; Tevis D.B. Jacobs, Dott. Papot Jaroenapibal, Prof. Robert W. Carpick, Università della Pennsylvania; e Sean D. O'Connor e il prof. Kumar Sridharan, Università del Wisconsin.