La capacità di replicare i materiali a livello atomico ha attirato un'attenzione significativa da parte degli scienziati dei materiali. Però, la tecnologia attuale è limitata da una serie di fattori. Udo Schwarz, professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali e cattedra di dipartimento, ha recentemente pubblicato due articoli sulla ricerca che potrebbero aprire in modo significativo ciò che è possibile all'interno di questo campo emergente. I suoi metodi includono un processo in grado di replicare le caratteristiche di una superficie a dettagli inferiori a un 10 miliardesimo di metro, o meno 1/20 del diametro di un atomo.

Le superfici nanostrutturate e nanomodellate sono parte integrante di molte applicazioni nanotecnologiche. Facile da usare ed economico, il metodo del nanoimprinting ha un grande potenziale per applicazioni come l'archiviazione di dati ad alta densità, dispositivi fotonici, ologrammi, chip bio-nanofluidici, filtrazione dell'acqua, ed elettrodi nelle celle a combustibile. Però, la precisione della replica è limitata nella maggior parte dei materiali a causa delle strutture atomiche di quei materiali.

Nei materiali APL, Schwarz mostra che quando si lavora con occhiali metallici, non c'è praticamente alcun limite alla precisione che si può avere quando si replicano le caratteristiche di superficie. Infatti, il livello di precisione arriva fino al livello subatomico. La chiave è la struttura atomica dei materiali. A differenza dei materiali cristallini, che hanno atomi che sono specificamente disposti, gli atomi nei vetri sono disposti senza principi di ordine periodico restrittivo.

"I cristalli vogliono sempre mettere gli atomi in posti specifici, e se il tuo stampo non corrisponde a quello, sei sfortunato, " ha detto Schwarz.

Ma i vetri metallici non hanno atomi così rigidamente disposti, permettendo loro di adattarsi dove sono necessari. Riscaldando il vetro, i ricercatori sono stati in grado di indebolire la coesione interna del materiale quanto basta per consentire agli atomi di muoversi nel modo necessario con una precisione quasi perfetta.

"Per la prima volta, abbiamo dimostrato che qualsiasi struttura tu abbia, puoi replicarlo:il vetro metallico si adatterà correttamente ad esso, " ha detto. "Puoi farlo praticamente senza limiti di precisione."

Ciò significa che possono fornire una piattaforma ideale per far progredire la ricerca nello studio fondamentale della struttura, deformazione, e transizioni di fase dei vetri, oltre a consentire nuove applicazioni in campi che utilizzano la funzionalizzazione della superficie attraverso la topografia.

Co-autori del Materiali APL carta, che la rivista promuove come "Articolo in evidenza, " sono Chao Zhou, Amit Datee, Zheng Chen, Giorgio H. Simon, Xinzh Wang, e Jan Schroers.

In un secondo documento, nei materiali applicati e nelle interfacce ACS, Schwarz si occupa anche della nanofabbricazione di vetri metallici sfusi, ma con un approccio diverso.

Per quello studio, che ha ricevuto la designazione "Editor's Choice" dalla rivista, Schwarz ha sviluppato un metodo basato sullo sputtering del magnetron. Nello sputtering del magnetone, ioni di gas, tipicamente argon, stanno colpendo un "bersaglio" ed espellono gli atomi bersaglio nel processo. Gli atomi espulsi quindi viaggiano attraverso il vuoto per raggiungere infine un substrato su cui formano una pellicola. A causa dell'ampia gamma di leghe che possono essere utilizzate come target e delle ampie aree di substrato che possono essere coperte, il metodo fornisce ai ricercatori un'ampia cassetta degli attrezzi per selezionare la chimica della superficie desiderata pur essendo estremamente versatile in termini di dimensioni, forma, e la natura del disegno superficiale e degli stampi che possono essere utilizzati. Schwarz ha affermato che potrebbe elevare efficacemente la replica su scala atomica da "curiosità scientifica" a strumento di nanofabbricazione ampiamente utilizzato.

Durante il processo di replica, l'alto grado di precisione si basa in parte sulla tecnica dello sputtering, ma anche decisamente sul fatto che le leghe target utilizzate per lo sputtering dei film non cristallizzano. A causa di ciò, non ci sono limitazioni dimensionali da film che tentano di stabilire l'ordine cristallino.

"Dimostra che possiamo replicare le strutture superficiali fino al sub-angstrom [meno di un 10 miliardesimo di metro] su larga scala, e che questo possa aprire la strada all'utilizzo di questi materiali su larga scala per la produzione di pezzi reali e a prezzi accessibili, " Egli ha detto.

Poiché sono necessarie solo scarse quantità di materiale, il nuovo approccio è economico. È anche applicabile a una vasta gamma di leghe, flessibile nel tipo di stampi replicabile, e può essere facilmente ridimensionato. Le potenziali applicazioni di questo nuovo approccio includono lo sviluppo di nanofili e nanotubi per applicazioni nanoelettroniche.