Desde la década de 1960, Los chips de computadora se han construido mediante un proceso llamado fotolitografía. Pero en los últimos cinco años, las características del chip se han vuelto más pequeñas que la longitud de onda de la luz, lo que ha requerido algunas modificaciones ingeniosas de los procesos fotolitográficos. Mantener la tasa de miniaturización de circuitos que esperábamos, como predice la Ley de Moore, eventualmente requerirá nuevas técnicas de fabricación.

Copolímeros de bloque, moléculas que se autoensamblan espontáneamente en formas útiles, son una alternativa prometedora a la fotolitografía. En un nuevo artículo de la revista Comunicaciones de la naturaleza , Los investigadores del MIT describen la primera técnica para apilar capas de alambres de copolímero en bloque de manera que los alambres de una capa se orienten naturalmente perpendicularmente a los de la capa inferior.

La capacidad de producir fácilmente tales "estructuras de malla" podría hacer que el autoensamblaje sea una forma mucho más práctica de fabricar memoria. chips ópticos, e incluso las generaciones futuras de procesadores de computadoras.

"Existe un trabajo previo en la fabricación de una estructura de malla, por ejemplo, nuestro trabajo, "dice Amir Tavakkoli, un postdoctorado en el Laboratorio de Investigación de Electrónica del MIT y uno de los tres primeros autores del nuevo artículo. "Usamos postes que habíamos fabricado mediante litografía por haz de electrones, que lleva mucho tiempo. Pero aquí, no usamos la litografía por haz de electrones. Usamos la primera capa de copolímero de bloque como plantilla para autoensamblar otra capa de copolímero de bloque encima ".

Los coautores del artículo de Tavakkoli son Sam Nicaise, un estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica, y Karim Gadelrab, estudiante de posgrado en ciencia e ingeniería de materiales. Los autores principales son Alfredo Alexander-Katz, el Profesor Asociado Walter Henry Gale de Ciencia e Ingeniería de Materiales; Caroline Ross, el Profesor Toyota de Ciencia e Ingeniería de Materiales; y Karl Berggren, profesor de ingeniería eléctrica.

Parejas infelices

Los polímeros son moléculas largas hechas de unidades moleculares básicas encadenadas. Los plásticos son polímeros, y también lo son las moléculas biológicas como el ADN y las proteínas. Un copolímero es un polímero que se obtiene uniendo dos polímeros diferentes.

En un copolímero de bloque, los polímeros constituyentes se eligen de modo que sean químicamente incompatibles entre sí. Son sus intentos de alejarse unos de otros, tanto dentro de una sola cadena de polímero como dentro de una película de polímero, lo que hace que se autoorganicen.

En el caso de los investigadores del MIT, uno de los polímeros constituyentes está basado en carbono, el otro a base de silicio. En sus esfuerzos por escapar del polímero a base de carbono, los polímeros a base de silicio se pliegan sobre sí mismos, formando cilindros con bucles de polímero a base de silicio en el interior y el otro polímero erizado en el exterior. Cuando los cilindros se exponen a un plasma de oxígeno, el polímero a base de carbono se quema y el silicio se oxida, dejando cilindros con forma de vidrio unidos a una base.

Para montar una segunda capa de cilindros, los investigadores simplemente repiten el proceso, aunque utilizando copolímeros con longitudes de cadena ligeramente diferentes. Los cilindros de la nueva capa se orientan naturalmente perpendicularmente a los de la primera.

El tratamiento químico de la superficie sobre la que se forma el primer grupo de cilindros hará que se alineen en filas paralelas. En ese caso, la segunda capa de cilindros también formará filas paralelas, perpendicular a los del primero.

Pero si se permite que los cilindros de la capa inferior se formen al azar, serpenteando en elaborado, patrones de bucle, los cilindros de la segunda capa mantendrán su orientación relativa, creando su propio elaborado, pero perpendicular, patrones.

La estructura de malla ordenada es la que tiene las aplicaciones más obvias, pero el desordenado es quizás la hazaña técnica más impresionante. "Ese es el que entusiasma a los científicos de materiales, "Dice Nicaise.

Por qué y para qué

Los cables similares al vidrio no son directamente útiles para aplicaciones electrónicas, pero podría ser posible sembrarlos con otros tipos de moléculas, que los haría electrónicamente activos, o utilizarlos como plantilla para depositar otros materiales. Los investigadores esperan poder reproducir sus resultados con polímeros más funcionales. Con ese fin, tuvieron que caracterizar teóricamente el proceso que arrojó sus resultados. "Usamos simulaciones por computadora para comprender los parámetros clave que controlan la orientación del polímero, "Dice Gadelrab.

Lo que encontraron fue que la geometría de los cilindros en la capa inferior limitaba las posibles orientaciones de los cilindros en la capa superior. Si las paredes de los cilindros inferiores son demasiado empinadas para permitir que los cilindros superiores encajen cómodamente, los cilindros superiores intentarán encontrar una orientación diferente.

También es importante que las capas superior e inferior solo tengan interacciones químicas débiles. De lo contrario, los cilindros superiores intentarán apilarse sobre los inferiores como troncos en una pila.

Ambas propiedades, la geometría del cilindro y la interacción química, se pueden predecir a partir de la física de las moléculas de polímero. Por lo tanto, debería ser posible identificar otros polímeros que exhibirán el mismo comportamiento.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.