Un team di scienziati della Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ha sviluppato un nuovo metodo di pulizia meccanica per le superfici su scala nanometrica. La tecnica rimuove con successo anche i più piccoli contaminanti fino alla scala atomica, raggiungere un livello di pulizia senza precedenti. I risultati di questo studio condotto dal Prof. Dr. Erdmann Spiecker del Dipartimento di Scienza dei Materiali della FAU sono stati ora pubblicati sulla prestigiosa rivista Comunicazioni sulla natura .

La scopa più piccola del mondo

L'ispirazione per la tecnica è stata tratta dalla vita di tutti i giorni poiché la pulizia con una scopa funziona in modo simile. Certo, su scala nanometrica invece di usare un'intera scopa, viene utilizzata una sola setola a forma di punta metallica molto piccola. Questa "setola" viene premuta su una superficie e spostata avanti e indietro con un movimento ampio. "È davvero sorprendentemente simile a una normale scopa, "dice il prof. Spiecker, Cattedra di ricerca sulle micro e nanostrutture. 'Una scopa rimuove le particelle sciolte come polvere o pangrattato, e non è diverso su scala nanometrica.' Però, su piccola scala, la scopa non è controllata a mano, ma invece tramite joystick che controlla un piccolo motore piezoelettrico. Inoltre, potenti microscopi elettronici vengono utilizzati per monitorare e controllare il processo di pulizia in tempo reale.

Pulire la finestra più sottile del mondo

Pulindo il grafene, il team è riuscito ad applicare la propria tecnica al materiale più sottile esistente, poiché il grafene è costituito da un singolo strato atomico di carbonio. "Una delle principali sfide è stata quella di pulire il grafene da entrambi i lati, simile a pulire il vetro di una finestra, ' dice Peter Schweizer, un ricercatore associato presso la cattedra di ricerca sulle micro e nanostrutture, che eseguì i delicati esperimenti con il collega Christian Dolle. "Con i nostri microscopi elettronici, dobbiamo sempre guardare attraverso il materiale. Altrimenti, è impossibile rivelare la struttura atomica.' Il grafene è noto per la sua resistenza meccanica. Tuttavia, è altamente sorprendente che uno strato monoatomico possa sopravvivere alle elevate forze meccaniche di una procedura di pulizia senza essere danneggiato. "Quando ne abbiamo parlato per la prima volta ai nostri colleghi, non ci credevano, ' aggiunge il prof. Spiecker.

Nano-polvere:niente rimane pulito per sempre

La presenza di superfici atomicamente pulite ha consentito agli autori di questo studio di esplorare anche le origini ei meccanismi di ricontaminazione su scala nanometrica. Lasciare un campione pulito all'aria porta al rapido accumulo di polvere sulla sua superficie. 'Questo non è davvero sorprendente dato che siamo fin troppo familiari con la polvere che si deposita nelle nostre case. Non c'è motivo per cui questo dovrebbe essere diverso su scala nanometrica, ' dice il prof. Spiecker. Oltre alla contaminazione aerea, il team ha anche riscontrato una prevalenza di diffusione superficiale quando un campione pulito viene posto in un ambiente sottovuoto, un fenomeno spesso riscontrato negli esperimenti scientifici.

Assemblaggio molecolare

Finalmente, il team di ricerca ha utilizzato le superfici atomicamente pulite come base per l'assemblaggio mirato di uno strato atomicamente sottile da blocchi molecolari. Le molecole di porfirina sintetizzate nel Dipartimento di Chimica sono state applicate alle superfici pulite e saldate in posizione da un fascio di elettroni ad alta potenza. Il risultato è stato un monostrato simile al grafene con struttura nanocristallina.