Como pulir con chorro de arena a escala nanométrica, haces de iones enfocados que ablandan los materiales duros para formar intrincados patrones tridimensionales. Las vigas pueden crear pequeñas características en las dimensiones laterales:largo y ancho, sino para crear la próxima generación de dispositivos a escala nanométrica, los iones energéticos deben controlar con precisión las características en la dimensión vertical:profundidad. Ahora, Los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han demostrado que una técnica estándar de haz de iones se puede ajustar para crear estructuras con profundidades controladas dentro del diámetro de un solo átomo de silicio.

Aprovechando esa precisión recién demostrada, El equipo del NIST utilizó esta técnica de mecanizado estándar para fabricar dispositivos que permiten la medición precisa del tamaño de las nanopartículas en un líquido. Los dispositivos nanofluídicos, que tienen potencial para la producción en masa, podría convertirse en un nuevo estándar de laboratorio para determinar el tamaño de las nanopartículas. Tales mediciones podrían acelerar el control de calidad en aplicaciones industriales de nanopartículas.

"Hemos probado y avanzado lo que es posible hacer y medir por debajo de un nanómetro, ", dijo el investigador del NIST Samuel Stavis. Él y sus colegas del NIST y el Maryland NanoCenter de la Universidad de Maryland en College Park informaron sus hallazgos en una edición reciente de Laboratorio en un chip .

Aunque los ingenieros han utilizado durante años haces de iones para corregir defectos en circuitos integrados y mecanizar piezas diminutas en sistemas ópticos y mecánicos, esas aplicaciones no requirieron el control de profundidad que el equipo ha informado ahora.

Para aprovechar todo el potencial del proceso, el equipo exploró varias formas de usar un haz enfocado de iones de galio para moler las superficies de silicio, nitruro de silicio y dióxido de silicio:materiales que son comunes para la fabricación de dispositivos a nanoescala utilizados en electrónica, óptica y mecánica. Los investigadores utilizaron un microscopio de fuerza atómica, que cuenta con una sonda sensible para medir la profundidad de la topografía formada por el haz de iones. Las mediciones cuidadosas fueron importantes para probar los límites de la técnica del haz de iones. Las instalaciones del NIST permitieron al equipo realizar ambas tareas:fabricación de precisión y medición de precisión.

El equipo aplicó la nueva capacidad para mejorar la medición del tamaño de las nanopartículas. Usando un haz de iones de galio, los investigadores maquinaron patrones de escalera en dióxido de silicio y luego los encerraron para controlar el flujo de fluido a nanoescala. En algunos dispositivos, los investigadores maquinaron una escalera con un tamaño de paso de 1,1 nanómetros; mecanizaron otros con un tamaño de paso de 0,6 nanómetros, sólo unos pocos átomos de profundidad.

Los escalones del patrón de escalera separan con precisión las nanopartículas sumergidas en agua según su tamaño. Las nanopartículas fluyeron hasta el escalón más profundo al pie de la escalera, pero solo los más pequeños podían ascender hacia el escalón más superficial de la cima; las nanopartículas más grandes no podían pasar y quedar atrapadas en el conjunto de escalones inferiores. El tinte fluorescente dentro de las nanopartículas permitió al equipo registrar su ubicación con un microscopio óptico y hacer coincidir esa ubicación con la profundidad conocida de la escalera.

La comparación de los tamaños de nanopartículas indicados por este método con los tamaños medidos mediante microscopía electrónica reveló una coincidencia con una precisión de un nanómetro. Esta buena concordancia de las diferentes medidas sugiere que los dispositivos pueden servir no solo como separador de partículas sino como material de referencia para medir los tamaños de nanopartículas.

Fabricantes que realizan controles de calidad de forma rutinaria en nanopartículas, determinando no solo su tamaño promedio, pero cuántas de las nanopartículas son ligeramente más pequeñas o más grandes que el promedio de un lote a otro, podría beneficiarse de la nueva técnica. Los dispositivos recién fabricados, en combinación con un microscopio óptico económico para identificar la ubicación de las nanopartículas, ofrecen una ruta potencialmente más rápida y económica que otras técnicas de medición, Stavis señaló. El equipo ahora está investigando cómo los dispositivos podrían servir como moldes maestros para la producción en masa de réplicas económicas.

Debido a que las nanopartículas se midieron con un microscopio óptico, el equipo del NIST también pudo explorar la relación entre el tamaño de las nanopartículas y otra propiedad clave:su brillo. Aclarar esa relación es importante para comprender las propiedades de nanopartículas como los puntos cuánticos para pantallas a color, nanopartículas de oro para sensores biomédicos, y otras nanopartículas para la administración de fármacos.

El equipo detalló su proceso para que los investigadores del NIST puedan aprovechar y adaptar fácilmente el proceso para su propio trabajo. Varios clientes de las instalaciones para usuarios de nanotecnología del NIST, el Centro de Ciencia y Tecnología a Nanoescala, donde se realizó el trabajo, han expresado interés en adaptar la tecnología para medir tanto el tamaño como el brillo de las nanopartículas en estos productos de consumo.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de NIST. Lea la historia original aquí.