Los investigadores de EPFL han desarrollado una tecnología de alta precisión que les permite tallar patrones nanométricos en materiales bidimensionales.

Con su nanotecnología pionera, Los investigadores de la EPFL han logrado lo imposible. Ahora pueden usar calor para romper los enlaces entre los átomos con un bisturí en miniatura. "Es extremadamente difícil estructurar materiales 2-D utilizando litografía convencional, que a menudo emplea productos químicos agresivos o acelerados, partículas cargadas eléctricamente, como electrones o iones, que pueden dañar las propiedades del material, "dice Xia Liu, investigador y postdoctorado en el Laboratorio de Microsistemas de la Escuela de Ingeniería. "Nuestra técnica, sin embargo, utiliza una 'fuente' de calor y presión localizada para cortar con precisión los materiales 2-D ".

"Nuestra tecnología es similar al arte del corte de papel, que es común en esta región de Suiza, pero en una escala mucho menor, "explica Ana Conde Rubio, coautor del estudio. "Usamos calor para modificar el sustrato y hacerlo más flexible y, en algunos casos, incluso convertirlo en gas. Entonces podemos tallar más fácilmente en el material 2-D ".

Una punta afilada

Xia Liu, Samuel Howell, Ana Conde Rubio, Giovanni Boero y Jürgen Brugger utilizaron ditellurida de molibdeno (MoTe ₂ ), un material 2-D similar al grafeno. Tiene menos de un nanómetro, o tres capas de átomos, de espesor. El MoTe ₂ se coloca sobre un polímero que reacciona a los cambios de temperatura. "Cuando el polímero se expone al calor, se sublima, lo que significa que pasa de un estado sólido a un gaseoso, "explica Liu.

Los investigadores del Instituto de Microingeniería utilizaron una nueva técnica de estructuración a nanoescala llamada litografía con sonda de barrido térmico (t-SPL), que funciona de manera similar a un microscopio de fuerza atómica. Calientan una punta afilada de tamaño nanométrico a más de 180 ° C, Ponlo en contacto con el material 2-D y aplica un poco de fuerza. Esto hace que el polímero se sublime. Una fina capa de MoTe2 se desprende sin dañar el resto del material.

Componentes pequeños y más eficientes

Los investigadores podrán utilizar esta tecnología para tallar patrones extremadamente precisos en materiales 2-D. "Usamos un sistema controlado por computadora para controlar el proceso de calentamiento y enfriamiento ultrarrápidos y la posición de la punta, "explica Samuel Howell, otro coautor. "Esto nos permite crear sangrías predefinidas para crear, por ejemplo, las nanocintas que se utilizan en dispositivos nanoelectrónicos ".

Pero, ¿qué tiene de útil trabajar en una escala tan pequeña? "Muchos materiales 2-D son semiconductores y pueden integrarse en dispositivos electrónicos, "dice Liu." Esta tecnología genérica será muy útil en nanoelectrónica, nanofotónica y nanobiotecnología, ya que ayudará a que los componentes electrónicos sean más pequeños y eficientes ".

Mejorando la precisión

La siguiente fase de la investigación se centrará en examinar una gama más amplia de materiales y encontrar combinaciones que funcionen en nanosistemas integrados. Las actividades futuras también revisarán el diseño del voladizo y el nanotip para mejorar el rendimiento de nano-corte.

Mas ampliamente, los científicos del Laboratorio de Microsistemas buscan desarrollar una nueva generación de técnicas de fabricación para microsistemas flexibles. "Los sistemas microelectromecánicos basados ​​en polímeros (MEMS) tienen muchas aplicaciones electrónicas y biomédicas potenciales, "explica el profesor Jürgen Brugger." Pero todavía estamos en las primeras etapas de desarrollo de técnicas para diseñar polímeros funcionales en microsistemas 3-D ". Brugger espera traspasar los límites y encontrar nuevos materiales y procesos para MEMS centrándose en la plantilla , el proceso de impresión, el autoensamblaje dirigido de nanomateriales, y procesamiento térmico localizado.