Las técnicas de fabricación aditiva con precisión atómica podrían algún día crear materiales con la flexibilidad de Legos y la dureza de Terminator, según investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía.

En un artículo de revisión publicado en ACS Nano , Olga Ovchinnikova y sus colegas brindan una descripción general de los caminos existentes hacia los materiales 3-D, pero el objetivo final es crear y personalizar material a escala atómica. El material se ensamblaría átomo por átomo, al igual que los niños pueden usar Legos para construir un automóvil o un castillo ladrillo a ladrillo. Este concepto, conocido como materia dirigida, podría conducir a materiales y productos virtualmente perfectos porque se eliminarían muchas limitaciones de las técnicas de fabricación convencionales.

"Ser capaces de ensamblar materia átomo por átomo en 3-D nos permitirá diseñar materiales más fuertes y ligeros, más robusto en entornos extremos y proporcionar soluciones económicas para la energía, química e informática, "Dijo Ovchinnikova.

Fundamentalmente, La materia dirigida elimina la necesidad de eliminar material no deseado mediante litografía, grabado u otros métodos tradicionales. Estos procesos han servido bien a la sociedad, los investigadores señalaron, pero la próxima generación de materiales y productos requiere un nuevo enfoque.

"Para la gran mayoría de la historia registrada, La transformación del material se limitó a objetos visibles a simple vista y modelados con herramientas de mano, "escribieron los investigadores." Podemos admirar la destreza de la escritura de granos de arroz, o fino grabado en una valiosa hoja de espada, pero sólo dos o tres órdenes de magnitud separan estas obras maestras de la tecnología de la Edad de Piedra ".

Ahora, con la capacidad de dirigir la materia con precisión atómica, la recompensa podrían ser las computadoras cuánticas, teléfonos móviles con más almacenamiento de datos e intervalos más largos entre cargas, células solares de mayor eficiencia, y materiales ligeros más resistentes y menos costosos.

"En realidad, es difícil predecir a dónde podría ir esto y cómo esta tecnología podría cambiar nuestras vidas, pero tenemos la intención de averiguarlo, "Dijo Ovchinnikova.

Mediante el uso de computación y modelado, los investigadores pueden concebir con precisión, predecir, cree y controle las propiedades eléctricas y de otro tipo de un material en lugar de tener que comprometerse. El autor principal, Stephen Jesse, señaló que el enfoque de materia dirigida se basa en décadas de investigación y utiliza instrumentos originalmente diseñados para examinar materiales para fabricar nuevos con una resolución de características de menos de 10 nanómetros (10 mil millonésimas de metro).

Por ejemplo, el microscopio electrónico de transmisión, desarrollado en la década de 1930, ha permitido la obtención de imágenes de un solo átomo, imágenes de deformación química y mapeo estructural a nivel de picómetro. Desde su concepción, sin embargo, la interacción entre el haz y la materia tenía que gestionarse para evitar "daños en el haz, "un obstáculo para los estudios fundamentales, dijeron los investigadores.

"Sin embargo, esta interacción, combinado con la obtención de imágenes de microscopía electrónica, y recientemente iónica, se puede utilizar como base para una próxima generación de herramientas de nanofabricación, "Dijo Jesse.

El documento proporciona resúmenes de varias otras alternativas para la fabricación atómicamente precisa de materiales 3-D basados ​​en haces de electrones e iones. incluido el procesamiento inducido por haz de electrones enfocado a partir de precursores gaseosos y precursores líquidos.