En el nanomundo diminutas partículas de oro pueden funcionar como sopladores de nieve, batiendo a través de las capas superficiales de una clase importante de semiconductores para cavar caminos infaliblemente rectos. La sorprendente capacidad de excavación de zanjas, informado por científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) e IBM, es una adición importante al conjunto de herramientas de métodos de 'autoensamblaje' proporcionados por la naturaleza que los investigadores pretenden aprovechar para fabricar dispositivos útiles.

Las aplicaciones previsibles incluyen la integración de láseres, sensores, guías de onda y otros componentes ópticos en los llamados dispositivos de laboratorio en un chip que ahora se utilizan para el diagnóstico de enfermedades, selección de materiales y fármacos experimentales, Análisis forense de ADN y más. Fácil de controlar El nuevo proceso catalizado por oro para crear patrones de canales con dimensiones a nanoescala podría ayudar a generar tecnologías completamente nuevas creadas a partir de conjuntos de estructuras ultrapequeñas.

Los resultados preliminares de la investigación que comenzaron como limones, una falla causada por contaminantes que impidió la formación esperada de nanocables, eventualmente se convirtieron en limonada cuando las imágenes de microscopio electrónico de barrido revelaron imágenes largas, canales rectos.

"Estábamos decepcionados, en primer lugar, ", dice el químico investigador del NIST, Babak Nikoobakht. Entonces descubrimos que el agua era el contaminante en el proceso, un problema que resultó ser algo bueno".

Eso es porque, como se determina en experimentos posteriores, la adición de vapor de agua sirvió para transformar nanopartículas de oro en excavadoras de canales, en lugar de los esperados fabricantes de cables. Comenzando con estudios sobre el fosfuro de indio semiconductor, el equipo descubrió los mecanismos químicos y las condiciones necesarias que sustentan el proceso de grabado de la superficie.

Primero, modelaron la superficie del semiconductor recubriéndolo selectivamente con una capa de oro de solo unos pocos nanómetros de espesor. Al calentar, la película se rompe en partículas diminutas que se convierten en gotitas. El fosfuro de indio subyacente se disuelve en las nanopartículas de oro de arriba, creando una aleación de oro. Luego, Se introduce vapor de agua caliente en el sistema. A temperaturas inferiores a 300 grados Celsius (572 grados Fahrenheit), las diminutas partículas de aleación de oro, ahora envuelto en moléculas de agua, Grabe hoyos a nanoescala en el fosfuro de indio.

Pero a 440 grados Celsius (824 grados Fahrenheit) y más, Se formaron nanocanales largos en forma de V. Los canales siguieron trayectorias rectas dictadas por la red de átomos que se repite regularmente en el semiconductor cristalino. Durante el proceso, Los átomos de indio y fósforo interactúan con los átomos de oxígeno en las moléculas de agua en la superficie de la gota de aleación de oro. El indio y el fósforo oxidados se evaporan, y la gota avanza, recogiendo más átomos semiconductores para oxidar a medida que avanza.

El resultado es una serie de arboledas cristalinas. Las dimensiones de las ranuras corresponden al tamaño de la gota, que se puede controlar.

En efecto, la gota es el equivalente químico de la barrena en un soplador de nieve que, en lugar de nieve, excava a través de la parte superior del semiconductor y expulsa trozos evaporados, Nikoobakht explica.

El equipo observó los mismos fenómenos en el fosfuro de galio y el arseniuro de indio, dos ejemplos más de semiconductores formados por la combinación de elementos de la tercera y quinta columnas de la tabla periódica. Los semiconductores compuestos de esta clase se utilizan para fabricar LED, y para comunicaciones, electrónica de alta velocidad y muchas otras aplicaciones. Nikoobakht cree que, con ajustes, el proceso de grabado también podría funcionar para crear patrones de canales en silicio y otros materiales.

Controlable, rápido y flexible, el proceso de fabricación de canales "de abajo hacia arriba" se muestra prometedor para su uso en escalas industriales, sugieren los investigadores. En su artículo, los equipos describen cómo utilizaron el proceso para grabar patrones de canales huecos como los que se utilizan para dirigir el flujo de líquidos, como una muestra de sangre, en un dispositivo de microfluidos, o laboratorio en un chip.