Imagen de microscopía de campo brillante de un VO 2 actuador plano tipo chevron. Superposición en falso color de la punta de la lanzadera a baja y alta temperatura. Bar, 1μm. Crédito:Universidad de Osaka
¿Cómo se enciende y apaga un componente ultrapequeño en tecnologías avanzadas? Necesitas un actuador, un dispositivo que transmite una entrada como la electricidad en movimiento físico. Sin embargo, Los actuadores en tecnologías de pequeña escala hasta la fecha tienen limitaciones críticas. Por ejemplo, si es difícil integrar el actuador en la electrónica de semiconductores, Las aplicaciones de la tecnología en el mundo real serán limitadas. Un diseño de actuador que opera rápidamente, tiene un control de encendido / apagado preciso, y es compatible con la electrónica moderna sería inmensamente útil.
En un estudio publicado recientemente en Nano letras , un equipo que incluye investigadores de la Universidad de Osaka ha desarrollado un actuador de este tipo. Su sensibilidad, respuesta rápida de encendido / apagado, y la precisión a escala nanométrica son incomparables.
El actuador de los investigadores se basa en cristales de óxido de vanadio. Muchas tecnologías actuales utilizan una propiedad del óxido de vanadio conocida como transición de fase para provocar movimientos de flexión fuera del plano dentro de dispositivos de pequeña escala. Por ejemplo, tales actuadores son útiles en espejos ultrapequeños. Usar la transición de fase para causar flexión en el plano es mucho más difícil, pero sería útil, por ejemplo, en pinzas ultrapequeñas en medicina.
"A 68 ° C, El óxido de vanadio sufre una transición aguda de fase monoclínica a rutilo que es útil en tecnologías de microescala, "explica el coautor Teruo Kanki." Utilizamos una geometría de dispositivo de tipo chevron (diente de sierra) para amplificar la flexión en el plano del cristal, y abrir nuevas aplicaciones ".
Usando un protocolo de dos pasos, los investigadores fabricaron un cristal de óxido de vanadio de quince micrómetros de largo unido por una serie de brazos de diez micrómetros a un marco fijo. Por medio de una transición de fase causada por un estímulo fácilmente alcanzable, un cambio de temperatura de 10 ° C, el cristal se mueve 225 nanómetros en el plano. El comportamiento de expansión es altamente reproducible, durante miles de ciclos y varios meses.
Ilustración del experimento:un diodo láser azul (LD), controlado por un generador de forma de onda (WG), se enfoca en el medio de la lanzadera mientras que un punto de láser rojo cubre parcialmente su punta. La luz roja reflejada es recolectada por un fotodiodo (PD) y la señal eléctrica resultante es monitoreada por un osciloscopio (Osc) y la respuesta de frecuencia del dispositivo en estudio. Frecuencia de corte, ~ 2 kHz. El dispositivo se termaliza a 50 ° C durante la excitación con el láser azul. Adquirimos puntos de datos manualmente, y no observó una deriva apreciable con el tiempo, indicando reproducibilidad en miles de ciclos. Crédito:Universidad de Osaka
"También movimos el actuador en el plano en respuesta a un rayo láser, "dice Nicola Manca y Luca Pelligrino, coautores. "El tiempo de respuesta de encendido / apagado fue de una fracción de milisegundo cerca de la temperatura de transición de fase, con pocos cambios a otras temperaturas, lo que hace que nuestros actuadores sean los más avanzados del mundo ".
Las tecnologías a pequeña escala, como los dispositivos avanzados de administración de fármacos implantados, no funcionarían sin la capacidad de encenderlos y apagarlos rápidamente. El principio subyacente del actuador de los investigadores:una transición de fase reversible para encendido / apagado, movimiento en el plano:ampliará drásticamente la utilidad de muchas tecnologías modernas. Los investigadores esperan que la precisión y la velocidad de su actuador sean especialmente útiles para la micro robótica.
