(PhysOrg.com) - Científicos de la Universidad de Pennsylvania, la Universidad de Wisconsin-Madison e IBM Research - Zurich han fabricado una punta de carburo de silicio ultrafilada que posee una resistencia tan alta que es miles de veces más resistente al desgaste a nanoescala que los diseños anteriores. El nuevo consejo que es 100, 000 veces más pequeño que la punta de un lápiz, representa un paso importante hacia la nanofabricación de aplicaciones, incluidos los biosensores para la salud y el medio ambiente.

La búsqueda de materiales duros para prolongar la vida útil de las herramientas afiladas es un problema milenario que comenzó con los primeros cinceles utilizados en el tallado de piedra. Finalmente, se descubrió el hierro y las herramientas de acero revolucionaron la era. Hoy dia, el desafío sigue siendo el mismo, pero en una escala mucho más pequeña:la necesidad de una punta de tamaño nanométrico que sea ultraafilada, pero aún físicamente robusto, particularmente bajo temperaturas extremas y ambientes químicos severos.

"El material de punta de ensueño para la nanofabricación termomecánica debe tener una dureza alta, estabilidad de temperatura, inercia química, y alta conductividad térmica, "dijo el Dr. Mark Lantz, gerente de investigación de almacenamiento en IBM Research - Zurich. "Con este novedoso consejo, seguimos cumpliendo con la visión de IBM de un sistema más inteligente, mundo instrumentado con sensores microscópicos que monitorean todo, desde la contaminación del agua hasta la atención al paciente ".

Ampliando su anterior colaboración exitosa, científicos de la Universidad de Pensilvania, la Universidad de Wisconsin-Madison e IBM Research - Zurich han desarrollado un nuevo, punta nanométrica resistente que se desgasta a una velocidad de menos de un átomo por milímetro de deslizamiento sobre un sustrato de dióxido de silicio. Esto es mucho más bajo que la tasa de desgaste de las puntas de silicona convencionales y su dureza es 100 veces mayor que la de las puntas de carbono tipo diamante dopadas con óxido de silicio de última generación desarrolladas por la misma colaboración el año pasado.

"En comparación con nuestro trabajo anterior en silicio, la nueva punta de carburo puede deslizarse sobre una superficie de dióxido de silicio aproximadamente 10, 000 veces más lejos antes de alcanzar el mismo volumen de desgaste y 300 veces más lejos que nuestra anterior punta de carbono tipo diamante. Este es un logro significativo que hará que la nanofabricación sea práctica y asequible. "dijo el profesor Robert W. Carpick, Universidad de Pennsylvania.

Para crear la nueva sugerencia, Los científicos desarrollaron un proceso mediante el cual las superficies de las puntas de silicio a nanoescala se exponen a iones de carbono y luego se recocen para que se forme una fuerte capa de carburo de silicio. pero se mantiene la nitidez a nanoescala de la punta de silicio original. Aunque el carburo de silicio se conoce desde hace mucho tiempo como un material candidato ideal para tales puntas, El proceso único de implantación y recocido de carbono hizo posible endurecer la superficie manteniendo la forma original y asegurando una fuerte adhesión entre la superficie endurecida de la punta y el material subyacente, similar a cómo se templa el acero para hacerlo más duro.

Compuesto principalmente de carbono y silicio, la punta se afila en un ápice de tamaño nanométrico y se integra en el extremo de un microcantilever de silicio para su uso en microscopía de fuerza atómica. La importancia del desarrollo radica no solo en su capacidad para mantener la nitidez de la punta y su resistencia al desgaste, pero también en su resistencia al deslizarse contra un sustrato duro como 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 fina capa de su óxido, este sistema es uno de los más relevantes para aplicaciones emergentes en nanolitografía y aplicaciones de nanofabricación.

Más específicamente, Los científicos esperan que la nueva punta pueda usarse para fabricar sensores biológicos, por ejemplo, para controlar los niveles de glucosa en pacientes diabéticos o monitorear los niveles de contaminación en el agua.

Se espera que las tecnologías basadas en sondas desempeñen un papel predominante en muchas de estas tecnologías. Sin embargo, bajo rendimiento de desgaste de los materiales de la punta utilizados hasta ahora, especialmente cuando se desliza contra el óxido de silicio, han limitado previamente su utilidad para aplicaciones experimentales.

El siguiente paso para los científicos es comenzar a probar la nueva punta para su uso en aplicaciones, empezando por la nanofabricación.

El estudio, publicado hoy en la revista revisada por pares Materiales funcionales avanzados , fue realizado en colaboración por el Dr. Mark A. Lantz y el Dr. Bernd Gotsmann, IBM Research - Zúrich; Tevis D. B. Jacobs, Dr. Papot Jaroenapibal, Prof. Robert W. Carpick, Universidad de Pennsylvania; y Sean D. O'Connor y el profesor Kumar Sridharan, Universidad de Wisconsin.