Por Aditi Risbud
Traducido por Alejandro Ramos de la Peña
Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE.UU, han visto el potencial que tiene la temperatura en el control de una técnica de fabricación para la elaboración de patrones químicos tan pequeñas como 20 nanómetros. Esta técnica podría constituir una vía barata y rápida de crecimiento para una amplia variedad de materiales de superficie, para construir circuitos eléctricos y sensores químicos, o estudiar cómo los fármacos se unen a las proteínas y los virus.
Una forma de escribir directamente estructuras nanoescala en un sustrato, es mediante el uso de la punta de un microscopio de fuerza atómica (AFM) como un lápiz para depositar moléculas de tinta a través de la difusión molecular en la superficie. A diferencia de las técnicas de nano fabricación convencionales que son costosas, requieren ambientes especializados y suelen trabajar con sólo unos pocos materiales, esta técnica, llamada nano litografía dip-pen, se puede utilizar en casi cualquier entorno para escribir muchos compuestos químicos diferentes. Un primo de esta técnica – llamada nanolitografía dip-pen térmica – extiende esta técnica a materiales sólidos convirtiendo una punta de AFM en un soldador pequeño.
La nanolitografía dip-pen se puede utilizar para elaborar patrones tan pequeñas como 20 nanómetros, más de cuatro mil veces más pequeño que el ancho de un cabello humano. Es más, la punta de escritura también actúa como un analizador de superficie, permitiendo que una superficie recién escrita pueda ser captada con precisión nanométrica inmediatamente después de ser realizada.
«La manufactura basada en punta tiene una promesa real para la fabricación precisa de dispositivos a nanoescala», dice Jim DeYoreo, director interino de Biología Molecular del Laboratorio de Berkeley, un centro de investigación de la nanociencia. «Sin embargo, una tecnología robusta requiere una base científica construida en la comprensión de la transferencia de material durante el proceso. Nuestro estudio es el primero en ofrecer esta comprensión fundamental de la nanolitografía dip-pen térmica”.
En este estudio, DeYoreo y sus compañeros de trabajo, investigaron sistemáticamente el efecto de la temperatura en el tamaño de los patrones. Usando sus resultados, el equipo desarrolló un nuevo modelo para discernir como las moléculas de tinta viajan de la punta de escritura al sustrato, como se ensamblan para formar una capa ordenada y crecen en un patrón nanométrico.
«Al considerar cuidadosamente el papel de la temperatura en la nanolitografía dip-pen térmica, podemos ser capaces de diseñar y fabricar patrones a nanoescala de materiales que van desde pequeñas moléculas a polímeros con un mejor control sobre el tamaño y forma en función de una variedad de sustratos», dice Sungwook Chung, un científico del personal de la División de Física del Laboratorio Berkeley Biosciences. «Esta técnica ayuda a superar las limitaciones fundamentales de la escala de longitud sin necesidad de métodos de crecimiento compleja.»
DeYoreo y Chung colaboraron con un equipo de investigación de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, que se especializa en la fabricación de puntas especiales para la AFM. Estos colaboradores desarrollaron una punta de AFM a base de silicio con un gradiente de carga de transporte de átomos rociado en el silicio, de tal forma que un mayor número de átomos se alojen en la base mientras que la menor parte de estos se coloquen en la punta. Esto hace que la punta se caliente cuando la electricidad fluye a través de él, al igual que el quemador de una estufa eléctrica.
Este «nano calentador’ puede ser utilizado para calentar las tintas aplicadas en la punta, haciendo que fluya a la superficie para la fabricación de patrones a microescala y nanoescala. Cuanto más caliente esté la punta, mayor será el tamaño de la característica que el equipo podía dibujar.
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