I ricercatori dell'EPFL hanno sviluppato una tecnologia ad alta precisione che consente loro di scolpire modelli nanometrici in materiali bidimensionali.

Con la loro nanotecnologia pionieristica, I ricercatori dell'EPFL hanno raggiunto l'impossibile. Ora possono usare il calore per rompere i legami tra gli atomi con un bisturi in miniatura. "È estremamente difficile strutturare materiali 2D utilizzando la litografia convenzionale, che spesso impiega prodotti chimici aggressivi o accelerati, particelle caricate elettricamente, come elettroni o ioni, che possono danneggiare le proprietà del materiale, "dice Xia Liu, ricercatore e assegnista di ricerca presso il Laboratorio di Microsistemi della Scuola di Ingegneria. "La nostra tecnica, però, utilizza una "fonte" di calore e pressione localizzata per tagliare con precisione i materiali 2D."

"La nostra tecnologia è simile all'arte del taglio della carta, che è comune in questa regione della Svizzera, ma su una scala molto più piccola, " spiega Ana Conde Rubio, coautore dello studio. "Utilizziamo il calore per modificare il substrato e renderlo più flessibile e, in alcuni casi, trasformarlo anche in un gas. Possiamo quindi scolpire più facilmente nel materiale 2-D".

Una punta tagliente

Xia Liu, Samuel Howell, Ana Conde Rubio, Giovanni Boero e Jürgen Brugger usarono il ditelluride di molibdeno (MoTe ₂ ), un materiale 2-D simile al grafene. È meno di un nanometro, o tre strati di atomi, di spessore. Il MoTe ₂ è posto su un polimero che reagisce alle variazioni di temperatura. "Quando il polimero è esposto al calore, si sublima, il che significa che passa dallo stato solido allo stato gassoso, " spiega Liu.

I ricercatori dell'Institute of Microengineering hanno utilizzato una nuova tecnica di strutturazione su nanoscala chiamata litografia a scansione termica della sonda (t-SPL), che funziona in modo simile a un microscopio a forza atomica. Riscaldano una punta affilata di dimensioni nanometriche a più di 180°C, portalo a contatto con il materiale 2-D e applica un po' di forza. Ciò causa la sublimazione del polimero. Un sottile strato di MoTe2 si stacca quindi senza danneggiare il resto del materiale.

Componenti piccoli e più efficienti

I ricercatori saranno in grado di utilizzare questa tecnologia per scolpire modelli estremamente accurati in materiali 2-D. "Utilizziamo un sistema computerizzato per controllare il processo di riscaldamento e raffreddamento ultrarapido e la posizione della punta, " spiega Samuel Howell, un altro coautore. "Questo ci consente di creare rientri predefiniti per creare, ad esempio, i nanonastri che vengono utilizzati nei dispositivi nanoelettronici."

Ma cosa c'è di così utile nel lavorare su una scala così piccola? "Molti materiali 2-D sono semiconduttori e possono essere integrati in dispositivi elettronici, " dice Liu. "Questa tecnologia generica sarà molto utile nella nanoelettronica, nanofotonica e nanobiotecnologia, in quanto contribuirà a rendere i componenti elettronici più piccoli ed efficienti."

Migliorare la precisione

La prossima fase della ricerca si concentrerà sull'esame di una gamma più ampia di materiali e sulla ricerca di combinazioni che funzioneranno nei nanosistemi integrati. Le attività future riesamineranno anche il design del cantilever e della nanopunta per migliorare le prestazioni di nanotaglio.

Più in generale, gli scienziati del Microsystems Laboratory stanno cercando di sviluppare una nuova generazione di tecniche di fabbricazione per microsistemi flessibili. "I sistemi microelettromeccanici a base di polimeri (MEMS) hanno molte potenziali applicazioni elettroniche e biomediche, " spiega il prof. Jürgen Brugger. "Ma siamo ancora nelle prime fasi dello sviluppo di tecniche per la progettazione di polimeri funzionali in microsistemi 3D." Brugger spera di spingere i confini e trovare nuovi materiali e processi per MEMS concentrandosi sullo stencil , il processo di stampa, l'autoassemblaggio diretto di nanomateriali, e lavorazioni termiche localizzate.