I ricercatori della Georgia Tech hanno creato la "Mini Lisa" su una superficie di substrato di circa 30 micron di larghezza. L'immagine dimostra una tecnica che potrebbe essere potenzialmente utilizzata per ottenere la nanoproduzione di dispositivi perché il team è stato in grado di variare la concentrazione superficiale delle molecole su scale di lunghezza così ridotta. Credito:Georgia Institute of Technology
Il dipinto più famoso del mondo è stato creato sulla tela più piccola del mondo. I ricercatori del Georgia Institute of Technology hanno "dipinto" la Gioconda su una superficie di substrato di circa 30 micron di larghezza, ovvero un terzo della larghezza di un capello umano. La creazione della squadra, la "Mini Lisa, " dimostra una tecnica che potrebbe essere potenzialmente utilizzata per ottenere la nanofabbricazione di dispositivi perché il team è stato in grado di variare la concentrazione superficiale delle molecole su scale così brevi.
L'immagine è stata creata con un microscopio a forza atomica e un processo chiamato ThermoChemical NanoLithography (TCNL). Andando pixel per pixel, il team della Georgia Tech ha posizionato un cantilever riscaldato sulla superficie del substrato per creare una serie di reazioni chimiche confinate su nanoscala. Variando solo il calore in ogni luogo, dottorato di ricerca Il candidato Keith Carroll controllava il numero di nuove molecole create. Maggiore è il calore, maggiore è la concentrazione locale. Più calore ha prodotto le tonalità più chiare del grigio, come si vede sulla fronte e sulle mani della Mini Lisa. Meno calore ha prodotto le sfumature più scure nel suo vestito e nei suoi capelli visti quando la tela molecolare viene visualizzata usando una tintura fluorescente. Ogni pixel è distanziato di 125 nanometri.
"Regolando la temperatura, il nostro team ha manipolato reazioni chimiche per produrre variazioni nelle concentrazioni molecolari su scala nanometrica, "ha detto Jennifer Curtis, professore associato presso la Scuola di Fisica e autore principale dello studio. "Il confinamento spaziale di queste reazioni fornisce la precisione necessaria per generare immagini chimiche complesse come la Mini Lisa".
Questa immagine mostra un microscopio a forza atomica (AFM) modificato con un cantilever termico. Lo scanner AFM consente un posizionamento preciso su scala nanometrica mentre il cantilever termico induce reazioni chimiche locali su scala nanometrica. Credito:Georgia Institute of Technology
La produzione di gradienti di concentrazione chimica e variazioni su scala sub-micrometrica sono difficili da ottenere con altre tecniche, nonostante un'ampia gamma di applicazioni che il processo potrebbe consentire. La collaborazione di ricerca Georgia Tech TCNL, che include la professoressa associata Elisa Riedo e il professore Reggente Seth Marder, prodotto gradienti chimici di gruppi amminici, ma si aspetta che il processo possa essere esteso per l'uso con altri materiali.
"Prevediamo che TCNL sarà in grado di modellare gradienti di altre proprietà fisiche o chimiche, come la conduttività del grafene, " ha detto Curtis. "Questa tecnica dovrebbe consentire una vasta gamma di esperimenti e applicazioni precedentemente inaccessibili in campi diversi come la nanoelettronica, optoelettronica e bioingegneria".
Un altro vantaggio, secondo Curtis, è che i microscopi a forza atomica sono abbastanza comuni e il controllo termico è relativamente semplice, rendendo l'approccio accessibile sia ai laboratori accademici che industriali. Per facilitare la loro visione dei dispositivi di nanoproduzione con TCNL, il team della Georgia Tech ha recentemente integrato nanoarray di cinque cantilever termici per accelerare il ritmo di produzione. Poiché la tecnica fornisce risoluzioni spaziali elevate a una velocità maggiore rispetto ad altri metodi esistenti, anche con un solo cantilever, Curtis spera che TCNL fornisca l'opzione della stampa su scala nanometrica integrata con la fabbricazione di grandi quantità di superfici o materiali di uso quotidiano le cui dimensioni sono oltre un miliardo di volte più grandi delle stesse caratteristiche del TCNL.
La Monnalisa, con rappresentazione della temperatura che deve essere applicata in ogni posizione sulla superficie per ottenere il risultato finale appropriato. La modellazione aiuta a determinare quali temperature utilizzare durante il processo TCNL. Credito:Georgia Institute of Technology
La carta, Fabbricazione di gradienti chimici su scala nanometrica con nanolitografia termochimica, è pubblicato online dalla rivista Langmuir .
