(PhysOrg.com) - Cuando un equipo de investigadores universitarios y de la industria probó una novela, técnica de llenado de moldes al estilo de fundición para fabricar dispositivos a nanoescala, se dieron cuenta de que habían descubierto una joya.

No solo fueron pioneros en un método de fabricación a nanoescala tridimensional, utilizaron el proceso para hacer ultraduro, Nanosondas resistentes al desgaste de un material similar al diamante.

A mayor escala, los materiales que se ven lisos aún se desgastan debido a ligeras irregularidades y defectos en sus superficies. Sin embargo, a nanoescala, los átomos se borran uno a la vez, creando nuevos desafíos para los investigadores que construyen dispositivos a veces con solo decenas de átomos de ancho.

"Los efectos de la fricción son importantes en los dispositivos y procesos a nanoescala, donde las fuerzas superficiales como la fricción son cada vez más dominantes debido a la alta relación superficie-volumen, "dice Kumar Sridharan, un distinguido profesor de investigación de ingeniería física en la Universidad de Wisconsin-Madison y miembro del equipo de investigación.

El equipo, que también incluyó a investigadores de la Universidad de Pensilvania e IBM Research-Zurich, publicó detalles de su investigación el 31 de enero en la edición avanzada en línea de Nanotecnología de la naturaleza .

El avance es clave porque demuestra un método de aplicación, en una aplicación a nanoescala tridimensional, carbono similar al diamante que contiene silicio, o Si-DLC. En el estudio, los investigadores demostraron que Si-DLC, que es apreciado por su baja fricción y alta resistencia al desgaste en la macroescala, también exhibe una excelente resistencia al desgaste similar a nanoescala.

"No estaba claro que los materiales que son resistentes al desgaste en la macroescala exhiban la misma propiedad en la nanoescala, "dice el autor principal Harish Bhaskaran, ex investigador de IBM que ahora es investigador en el Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Yale.

Desarrollado por Sridharan, la nueva técnica de "nano fundición" podría ampliarse fácilmente para la fabricación comercial.

Usando una oblea de silicio sobre aislante de IBM grabada con moldes en forma de pirámide, "Sridharan usó Si-DLC para fabricar puntas ultrafiladas, con un radio de 5 nanómetros, en microcantilevers de silicio estándar.

En la actualidad, los fabricantes graban las puntas de silicona. Sin embargo, para el nuevo método de fundición, Sridharan aprovechó la implantación y deposición de iones por inmersión en plasma, un proceso a temperatura ambiente utilizado anteriormente para la aplicación, o "depositando, "recubrimientos al implantar iones en otros materiales". Siempre hemos depositado películas delgadas sobre materiales, ", dice." Lo hemos visto como un proceso bidimensional de modificación de la superficie ".

En tres dimensiones, la técnica funciona de manera similar a la forma en que una nevada cubre el suelo. En este caso, la "nieve" es hexametil disiloxano ionizado, un precursor líquido de Si-DLC que se gasifica en la cámara de plasma y finalmente se empaqueta perfectamente en los moldes de la oblea IBM. "Nuestro proceso nos ha permitido llenar una punta muy afilada, con mucha precisión, "dice Sridharan.

Otra ventaja es que el Si-DLC es amorfo, en lugar de cristalino, material. Si un cristal es demasiado grande, el molde se llenará irregularmente y limitará la nitidez de la punta. Sin embargo, un material amorfo puede deslizar átomo por átomo en el molde, llenándolo por completo, como gotas de lluvia en un balde.

Además de llenar completamente los moldes de puntas, Si-DLC también recubre toda la oblea. Los investigadores desarrollaron un sencillo proceso de grabado de silicio de dos pasos comercialmente factible para liberar la punta y el voladizo integrado de la oblea.

Las puntas tienen aplicaciones en microscopía de fuerza atómica, almacenamiento de datos y nanofabricación. En pruebas de desgaste, en el que los investigadores deslizaron las puntas continuamente sobre una superficie de dióxido de silicio durante varios días, encontraron que las puntas de Si-DLC eran 3, 000 veces más resistentes al desgaste que las puntas de silicona. "Hemos tomado un material que es bueno a macroescala, lo fabricamos a nanoescala, y mostramos que es resistente al desgaste a nanoescala, "dice Bhaskaran.

Otros autores sobre el Nanotecnología de la naturaleza papel incluyen Bernd Gotsmann, Abu Sebastian, Ute Drechsler, Mark A. Lantz, Michel Despont, Papot Jaroenapibal, Robert W. Carpick, y Yun Chen.