La capacidad de replicar materiales a nivel atómico ha atraído una atención significativa por parte de los científicos de materiales. Sin embargo, la tecnología actual está limitada por una serie de factores. Udo Schwarz, profesor de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales y director de departamento, ha publicado recientemente dos artículos sobre investigación que podrían abrir de manera significativa lo que es posible dentro de este campo emergente. Sus métodos incluyen un proceso que puede replicar las características de una superficie a detalles de menos de una milmillonésima parte de un metro, o menos de 1/20 del diámetro de un átomo.

Las superficies nanoestructuradas y con nano patrones son un componente integral en muchas aplicaciones nanotecnológicas. Fácil de usar y económico, el método de nanoimpresión tiene un gran potencial para aplicaciones como el almacenamiento de datos de alta densidad, dispositivos fotónicos, hologramas, chips bio-nanofluídicos, filtración de agua, y electrodos en pilas de combustible. Sin embargo, la precisión de la replicación es limitada en la mayoría de los materiales debido a las estructuras atómicas de esos materiales.

En Materiales APL, Schwarz muestra que cuando se trabaja con vidrios metálicos, Prácticamente no hay límite para la precisión que puede tener al replicar características de superficie. De hecho, el nivel de precisión llega hasta el nivel subatómico. La clave es la estructura atómica de los materiales. A diferencia de los materiales cristalinos, que tienen átomos que están específicamente dispuestos, los átomos de los vasos están dispuestos sin principios de orden periódico restrictivos.

"Los cristales siempre quieren colocar átomos en lugares específicos, y si tu molde no encaja con eso, no tienes suerte, ", Dijo Schwarz.

Pero los vidrios metálicos no tienen átomos dispuestos tan rígidamente, permitiéndoles adaptarse a donde se necesitan. Al calentar el vaso, los investigadores pudieron debilitar la cohesión interna del material lo suficiente como para permitir que los átomos se movieran de la forma que fuera necesaria con una precisión casi perfecta.

"Por primera vez, demostramos que cualquier estructura que tengas, puede replicarlo:el vidrio metálico se ajustará correctamente a él, ", dijo." Puedes hacer eso prácticamente sin límite de precisión ".

Eso significa que pueden proporcionar una plataforma ideal para avanzar en la investigación en el estudio fundamental de la estructura, deformación, y transiciones de fase de vidrios, además de permitir nuevas aplicaciones en campos que hacen uso de la funcionalización de superficies a través de la topografía.

Coautores de la Materiales APL papel, que la revista promueve como "Artículo destacado, "son Chao Zhou, Amit Datye, Zheng Chen, Georg H. Simon, Xinzhe Wang, y Jan Schroers.

En un segundo artículo, en Interfaces y Materiales Aplicados de ACS, Schwarz también analiza la nanofabricación de vidrios metálicos a granel, pero con un enfoque diferente.

Para ese estudio, que recibió una designación de "Elección del editor" por parte de la revista, Schwarz desarrolló un método basado en la pulverización catódica con magnetrón. En chisporroteo de magneton, iones de gas, típicamente argón, están golpeando un "objetivo" y expulsan átomos objetivo en el proceso. Los átomos expulsados ​​luego viajan a través del vacío para eventualmente alcanzar un sustrato sobre el cual forman una película. Debido a la amplia gama de aleaciones que se pueden utilizar como objetivos y las grandes áreas de sustrato que se pueden cubrir, El método proporciona a los investigadores una gran caja de herramientas para seleccionar la química de superficie deseada, al mismo tiempo que es extremadamente versátil en términos de tamaño. forma, y la naturaleza del patrón de la superficie y de los moldes que se pueden utilizar. Schwarz dijo que podría elevar efectivamente la replicación a escala atómica de una "curiosidad científica" a una herramienta de nanofabricación ampliamente utilizada.

Durante el proceso de replicación, el alto grado de precisión se basa en parte en la técnica de pulverización catódica, pero también de manera decisiva en el hecho de que las aleaciones objetivo utilizadas para bombardear las películas no cristalizan. Debido a esto, no existen limitaciones dimensionales de las películas que intentan establecer un orden cristalino.

"Demuestra que podemos replicar estructuras superficiales hasta subangstrom [menos de una 10 milmillonésima parte de un metro] a gran escala, y que esto puede abrir el camino para utilizar estos materiales a gran escala para la producción de piezas de trabajo reales y a precios asequibles, " él dijo.

Dado que solo se necesitan cantidades escasas de material, el nuevo enfoque es económico. También es aplicable a una amplia gama de aleaciones, flexible en el tipo de moldes que puede replicar, y se puede ampliar fácilmente. Las aplicaciones potenciales de este nuevo enfoque incluyen el desarrollo de nanocables y nanotubos para aplicaciones nanoelectrónicas.