Investigadores de la Universidad de Pennsylvania, la Universidad de Wisconsin-Madison e IBM Research-Zürich han fabricado un ultrafilado, punta de carbono con forma de diamante que posee una resistencia tan alta que es 3, 000 veces más resistente al desgaste a nanoescala que el silicio.

El resultado final es un material de carbono similar al diamante producido en masa a nanoescala que no se desgasta. La nueva punta de tamaño nanométrico, los investigadores dicen, se desgasta a razón de un átomo por micrómetro de deslizamiento sobre un sustrato de dióxido de silicio, mucho más bajo que el de una punta de óxido de silicio que representa el estado actual de la técnica. Compuesto por carbono, hidrógeno, silicio y oxígeno moldeados en la forma de una punta de tamaño nanométrico e integrados en el extremo de un microcantilever de silicio para su uso en microscopía de fuerza atómica, el material tiene implicaciones tecnológicas para la imagen atómica, almacenamiento de datos basado en sondas y como aplicaciones emergentes como la nanolitografía, nanometrología y nanofabricación.

La importancia del descubrimiento radica no solo en su tamaño y resistencia al desgaste, sino también en el sustrato duro contra el que se demostró que funciona bien cuando está en contacto deslizante:el dióxido de silicio. Debido a que el silicio, utilizado en casi todos los dispositivos de circuitos integrados, se oxida en la atmósfera formando una capa delgada de su óxido, este sistema es el más relevante para la nanolitografía, aplicaciones de nanometrología y nanofabricación.

Se espera que las tecnologías basadas en sondas desempeñen un papel dominante en muchas de estas tecnologías; sin embargo, bajo rendimiento de desgaste de muchos materiales cuando se deslizan contra el óxido de silicio, incluido el propio óxido de silicio, tiene una utilidad muy limitada para el laboratorio.

Los investigadores construyeron el material desde cero, en lugar de recubrir una punta a nanoescala con materiales resistentes al desgaste. La colaboración utilizó una técnica de moldeo para fabricar puntas monolíticas en microcantilevers de silicio estándar. Se encuentra disponible una técnica de procesamiento a granel que tiene el potencial de escalar para la fabricación comercial.

Robert Carpick, profesor en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecánica Aplicada de Penn, y su grupo de investigación había demostrado previamente que las películas delgadas a base de carbono, incluido el carbono similar al diamante, tenía baja fricción y desgaste a nanoescala; sin embargo, Ha sido difícil fabricar estructuras a nanoescala hechas de carbono tipo diamante hasta ahora.

Comprender la fricción y el desgaste a nanoescala es importante para muchas aplicaciones que involucran componentes a nanoescala que se deslizan sobre una superficie.

"No está claro que los materiales que son resistentes al desgaste en la macroescala exhiban la misma propiedad en la nanoescala, "el autor principal, Harish Bhaskaran, quien fue un investigador postdoctoral en IBM durante el estudio, dijo.

Defectos las grietas y otros fenómenos que influyen en la resistencia y el desgaste del material a escalas macroscópicas son menos importantes a nanoescala, por eso los nanocables pueden, por ejemplo, muestran resistencias más altas que las muestras a granel.

El estudio se publica en la edición actual de la revista. Nanotecnología de la naturaleza .