Un equipo de científicos de la Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ha desarrollado un nuevo método de limpieza mecánica para superficies a nanoescala. La técnica elimina con éxito incluso los contaminantes más pequeños hasta la escala atómica, logrando un nivel de limpieza sin precedentes. Los resultados de este estudio dirigido por el Prof.Dr. Erdmann Spiecker del Departamento de Ciencia de Materiales de la FAU ya se han publicado en la prestigiosa revista Comunicaciones de la naturaleza .

La escoba más pequeña del mundo

La inspiración para la técnica se extrajo de la vida cotidiana, ya que limpiar con una escoba funciona de manera similar. Por supuesto, a nanoescala en lugar de usar una escoba entera, sólo se utiliza una cerda en forma de punta de metal muy pequeña. Esta "cerda" se presiona sobre una superficie y se mueve hacia adelante y hacia atrás en un movimiento de barrido. 'Realmente es sorprendentemente similar a una escoba normal, 'dice el profesor Spiecker, Cátedra de Investigación en Micro y Nanoestructuras. 'Una escoba elimina las partículas sueltas como el polvo o el pan rallado, y no es diferente en la nanoescala '. Sin embargo, en escalas pequeñas, la escoba no se controla a mano, sino mediante un joystick que controla un pequeño motor piezoeléctrico. Es más, Se utilizan potentes microscopios electrónicos para supervisar y controlar el proceso de limpieza en tiempo real.

Limpiar la ventana más delgada del mundo

Al limpiar el grafeno, el equipo logró aplicar su técnica al material más delgado que existe, ya que el grafeno está hecho de una sola capa atómica de carbono. 'Un gran desafío fue limpiar el grafeno de ambos lados, similar a limpiar el cristal de una ventana, 'dice Peter Schweizer, investigador asociado de la Cátedra de Investigación en Micro y Nanoestructuras, quien realizó los delicados experimentos con su colega Christian Dolle. 'Con nuestros microscopios electrónicos, siempre tenemos que mirar a través del material. De lo contrario, es imposible revelar la estructura atómica '. El grafeno es conocido por su resistencia mecánica. Sin embargo, es muy sorprendente que una capa monoatómica pueda sobrevivir a las altas fuerzas mecánicas de un procedimiento de limpieza sin dañarse. 'Cuando se lo contamos a nuestros colegas por primera vez, no nos creyeron, ', añade el profesor Spiecker.

Nanopolvo:nada permanece limpio para siempre

Tener superficies atómicamente limpias permitió a los autores de este estudio explorar también los orígenes y mecanismos de la recontaminación a nanoescala. Dejar una muestra limpia en el aire conduce a la rápida acumulación de polvo en su superficie. 'Esto realmente no es sorprendente, ya que todos estamos muy familiarizados con el polvo que se deposita en nuestros hogares. No hay ninguna razón por la que esto deba ser diferente en la nanoescala, ', dice el profesor Spiecker. Además de la contaminación del aire, el equipo también encontró una prevalencia de difusión superficial cuando una muestra limpia se coloca en un entorno de vacío, un fenómeno que se encuentra a menudo en experimentos científicos.

Ensamblaje molecular

Finalmente, El equipo de investigación utilizó las superficies atómicamente limpias como base para el ensamblaje específico de una capa atómicamente delgada de bloques de construcción moleculares. Las moléculas de porfirina sintetizadas en el Departamento de Química se aplicaron a las superficies limpias y se soldaron en su lugar mediante un haz de electrones de alta potencia. El resultado fue una monocapa similar al grafeno con estructura nanocristalina.