La fabricación de materiales nanoestructurados tridimensionales, que tienen formas y estructuras distintivas a escalas de unas pocas mil millonésimas de metro, se ha convertido en un área fértil de investigación. producir materiales que sean útiles para la electrónica, fotónica, fonética y dispositivos biomédicos. Pero los métodos para fabricar dichos materiales se han visto limitados en la complejidad tridimensional que pueden producir. Ahora, Un equipo del MIT ha encontrado una manera de producir estructuras más complicadas mediante el uso de una combinación de enfoques actuales "de arriba hacia abajo" y "de abajo hacia arriba".

El trabajo se describe en un artículo publicado en junio en la revista Nano letras , coautor del postdoctorado Chih-Hao Chang; George Barbastathis, el Profesor Investigador de Óptica de Singapur y el Profesor de Ingeniería Mecánica; y seis estudiantes graduados del MIT.

Un enfoque para hacer nanoestructuras tridimensionales, un enfoque de arriba hacia abajo, se llama litografía por desplazamiento de fase. en el que una máscara bidimensional da forma a la intensidad de la luz que brilla sobre una capa de material fotorresistente (de la misma manera, un negativo fotográfico controla la cantidad de luz que llega a diferentes áreas de una impresión). La fotorresistencia se altera solo en las áreas alcanzadas por la luz. Sin embargo, este enfoque requiere máscaras de fase fabricadas con mucha precisión, que son costosos y requieren mucho tiempo de hacer.

Otro método, un enfoque de abajo hacia arriba, es usar nanopartículas coloidales autoensambladas que se forman en ciertos arreglos empaquetados energéticamente favorables. Luego, estos pueden usarse como una máscara para los métodos de deposición física, como la deposición de vapor, o grabado de la superficie, para producir estructuras 2-D, del mismo modo que se puede usar una plantilla para controlar dónde llega la pintura a una superficie. Pero estos métodos son lentos y están limitados por defectos que pueden formarse en el proceso de autoensamblaje, así que aunque se pueden utilizar para la fabricación de estructuras 3-D, esto se dificulta porque los defectos se propagan a través de las capas.

"Hacemos un poco de ambos ", Dice Chang." Tomamos el método de un químico y le agregamos un toque de ingeniería ".

El nuevo método es un híbrido en el que la matriz autoensamblada se produce directamente sobre un material de sustrato, realizando la función de una máscara para el proceso de litografía. Las nanopartículas individuales que se ensamblan en la superficie actúan cada una como lentes diminutas, enfocando el haz en un patrón de intensidad determinado por su disposición en la superficie. El método, los autores dicen en su artículo, "se puede implementar como una técnica novedosa para fabricar nanoestructuras complejas en 3D en todos los campos de la investigación a nanoescala".

Dependiendo de las formas y disposiciones de las diminutas perlas de vidrio que utilicen para la parte del proceso de autoensamblaje, es posible crear una gran variedad de estructuras, "desde agujeros hasta postes de mayor densidad, anillos estructuras floridas, todos usando exactamente el mismo sistema, ", Dice Chang." Es una forma muy sencilla de crear nanoestructuras 3D, y probablemente la forma más barata en este momento. Puedes usarlo para muchas cosas ".

Miembros del equipo, cuya especialidad es la óptica, dicen que las primeras estructuras que planean hacer son cristales fotónicos, cuya estructura puede manipular el comportamiento de los rayos de luz que los atraviesan. Pero el método también se puede utilizar para hacer materiales fonónicos, que controlan ondas de calor o sonido, o incluso para hacer filtros con porosidad controlada con precisión, que podría tener aplicaciones biomédicas.

John Rogers SM '92, Doctorado '95, un profesor de ciencia e ingeniería de materiales y profesor de química en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign que no participó en este trabajo, dice que estos investigadores del MIT han encontrado "una forma muy sencilla de hacer algo muy difícil en la nanofabricación, es decir., para crear a gran escala, nanoestructuras tridimensionales con formas útiles ".

Rogers dice:"La sencillez experimental, y el acceso resultante a estructuras que serían difíciles o imposibles de lograr de otras formas, sugieren que el enfoque será útil para muchos campos de aplicación, que van desde cristales fotónicos hasta membranas de filtro diseñadas y otras ".