Nanodots di ossido di ferro sono stati disposti in uno schema altamente ordinato senza l'uso di modelli. Il diametro medio delle particelle era di 25 nanometri, con spaziatura regolare di 45 nm.
(Phys.org)—Non c'è quasi un momento nella vita moderna che non coinvolga dispositivi elettronici, se ti stanno guidando verso una destinazione tramite GPS o decidono quali messaggi in arrivo meritano un segnale acustico, anello o vibrazione. Ma la nostra aspettativa che la prossima stagione dello shopping offrirà inevitabilmente un aggiornamento a gadget più potenti dipende in gran parte dalle dimensioni, vale a dire, la capacità dell'industria di ridurre i transistor in modo da poterne inserire di più su superfici di chip sempre più piccole.
Da decenni gli ingegneri sono all'altezza del compito di miniaturizzazione dell'elettronica, e il principio che l'industria informatica sarà in grado di farlo in maniera regolare - come codificato nella Legge di Moore - non entrerà in dubbio in tempi brevi, grazie a ricercatori come Chuanbing Tang della University of South Carolina.
Tang è leader nella costruzione di strutture minuscole dal basso verso l'alto, piuttosto che dall'alto verso il basso. Attualmente, l'elettronica moderna è fabbricata principalmente con quest'ultimo metodo:la superficie liscia di un materiale di partenza - diciamo, un wafer di silicio – viene inciso tramite micro o nanolitografia per stabilire un motivo su di esso.
Il metodo top-down potrebbe comportare un modello prefabbricato, come una fotomaschera, per stabilire il modello. Ma l'approccio sta diventando sempre più impegnativo, perché la riduzione delle dimensioni delle funzionalità sui modelli richiesti sta diventando estremamente costosa poiché gli ingegneri si fanno strada più in basso nella nanoscala. "Passare da 500 a meno di 30 nanometri è un costo proibitivo per la produzione su larga scala, " disse Tang, un assistente professore nel dipartimento di chimica e biochimica del College of Arts and Sciences della USC.
Chuanbing Tang (a destra) e Christopher Hardy hanno usato la microscopia a forza atomica per caratterizzare i modelli su scala nanometrica che hanno costruito dal basso verso l'alto.
Come chimico, Tang utilizza un approccio dal basso verso l'alto:lavora con le singole molecole che vanno su una superficie, persuadendoli ad auto-organizzarsi negli schemi necessari. Un metodo consolidato per farlo prevede copolimeri a blocchi, in cui una catena polimerica è costituita da due o più sezioni di differenti monomeri polimerizzati.
Se le diverse sezioni del blocco sono progettate correttamente, i blocchi si autoaggregano quando vengono posizionati su una superficie, e l'aggregazione può essere sfruttata per creare modelli desiderabili su scala nanometrica senza la necessità di modelli. Copolimeri a blocchi di poli(ossido di etilene) e polistirene, Per esempio, sono stati utilizzati per costruire matrici altamente ordinate di cilindri perpendicolari di materiali su scala nanometrica. Evaporazione del solvente, o ricottura, di questi polimeri sulle superfici esercita un campo direzionale esterno che può migliorare il processo di modellazione e creare array quasi privi di difetti.
Il laboratorio di Tang ha appena pubblicato un articolo per il numero speciale "Emerging Investigators 2013" della rivista Comunicazioni chimiche che porta questo metodo a un nuovo livello. Lavorando insieme allo studente laureato Christopher Hardy, Tang ha guidato un team che ha fabbricato nanoparticelle di puro, ossido di ferro cristallino con dimensioni e spaziatura controllate su wafer di silicio mediante incorporazione covalente di una porzione ferrocenica in un copolimero a tre blocchi.
Incorporare metalli in progetti su scala nanometrica è fondamentale per la fabbricazione di dispositivi elettronici, e il metodo di Tang è un passo avanti per il campo. Poiché il ferrocene è legato covalentemente al copolimero a blocchi, non è necessaria una fase di complessazione per aggiungere un composto contenente metallo alla superficie, un requisito gravoso della maggior parte dei metodi precedenti. Inoltre, la loro tecnica è un passo oltre i sistemi polimerici correlati che contengono legami ferrocenilsilani covalenti, in cui la rimozione dei componenti organici lascia dietro di sé l'ossido di silicio come impurità nell'ossido di metallo.
La tecnica è un'aggiunta promettente agli strumenti disponibili per affrontare la necessità cronica di ridurre le dimensioni dei componenti elettronici. "L'industria non sostituirà i metodi top-down, "Tang ha detto, "ma hanno in programma di utilizzare presto il metodo bottom-up insieme ai metodi top-down esistenti".
C'è versatilità anche nella tecnica. "Qui usiamo un polimero contenente ferrocene, che trasformiamo nell'ossido di ferro inorganico. Ma se sostituiamo il ferrocene nel polimero con un precursore del carbonio, potremmo fare un nanorod di carbonio perpendicolare, che avrebbe molti potenziali usi, " disse Tang. "Oppure possiamo incorporare un polimero semiconduttore, come il politiofene, che sarebbe molto utile nelle applicazioni delle celle solari."
