Immagine al microscopio in campo chiaro di un VO 2 attuatore planare di tipo chevron. Sovrapposizione in falso colore della punta della navetta a bassa e alta temperatura. Sbarra, 1μm. Credito:Università di Osaka
Come si accende e si spegne un componente ultra-piccolo nelle tecnologie avanzate? Hai bisogno di un attuatore, un dispositivo che trasmette un input come l'elettricità in movimento fisico. Però, attuatori nelle tecnologie su piccola scala fino ad oggi hanno limiti critici. Per esempio, se è difficile integrare l'attuatore nell'elettronica dei semiconduttori, le applicazioni reali della tecnologia saranno limitate. Un design dell'attuatore che funziona rapidamente, ha un controllo on/off preciso, ed è compatibile con l'elettronica moderna sarebbe immensamente utile.
In uno studio recentemente pubblicato su Nano lettere , un team che comprende ricercatori dell'Università di Osaka ha sviluppato un tale attuatore. La sua sensibilità, risposta rapida on/off, e la precisione su scala nanometrica non hanno eguali.
L'attuatore dei ricercatori si basa su cristalli di ossido di vanadio. Molte tecnologie attuali utilizzano una proprietà dell'ossido di vanadio nota come transizione di fase per causare movimenti di flessione fuori dal piano all'interno di dispositivi su piccola scala. Per esempio, tali attuatori sono utili negli specchi ultra piccoli. Usare la transizione di fase per causare la flessione nel piano è molto più difficile, ma sarebbe utile, Per esempio, in pinze ultra-piccole in medicina.
"A 68 °C, l'ossido di vanadio subisce una netta transizione di fase da monoclina a rutilo che è utile nelle tecnologie su microscala, "Spiega il co-autore Teruo Kanki. "Abbiamo usato una geometria del dispositivo di tipo chevron (dente di sega) per amplificare la flessione nel piano del cristallo, e aprire nuove applicazioni."
Utilizzando un protocollo in due fasi, i ricercatori hanno fabbricato un cristallo di ossido di vanadio lungo quindici micrometri attaccato da una serie di bracci da dieci micrometri a un telaio fisso. Per mezzo di una transizione di fase causata da uno stimolo facilmente raggiungibile, un cambiamento di temperatura di 10°C, il cristallo si muove di 225 nanometri nel piano. Il comportamento di espansione è altamente riproducibile, per migliaia di cicli e diversi mesi.
Illustrazione dell'esperimento:un diodo laser blu (LD), controllato da un generatore di forme d'onda (WG), è focalizzato al centro della navetta mentre un punto laser rosso copre parzialmente la sua punta. La luce rossa riflessa viene raccolta da un fotodiodo (PD) e il segnale elettrico risultante viene monitorato da un oscilloscopio (Osc) e la risposta in frequenza del dispositivo in studio. frequenza di taglio, ~2kHz. Il dispositivo viene termalizzato a 50°C durante l'eccitazione con il laser blu. Abbiamo acquisito i punti dati manualmente, e non ha osservato alcuna deriva apprezzabile nel tempo, indicando la riproducibilità su migliaia di cicli. Credito:Università di Osaka
"Abbiamo anche spostato l'attuatore nel piano in risposta a un raggio laser, " affermano Nicola Manca e Luca Pelligrino, coautori. "Il tempo di risposta on/off era una frazione di millisecondo vicino alla temperatura di transizione di fase, con poche variazioni ad altre temperature, il che rende i nostri attuatori i più avanzati al mondo."
Le tecnologie su piccola scala come i dispositivi avanzati per la somministrazione di farmaci impiantati non funzionerebbero senza la capacità di accenderli e spegnerli rapidamente. Il principio alla base dell'attuatore dei ricercatori:una transizione di fase reversibile per accensione/spegnimento, movimento in piano:amplierà notevolmente l'utilità di molte tecnologie moderne. I ricercatori si aspettano che la precisione e la velocità del loro attuatore saranno particolarmente utili per la microrobotica.
