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Impresión de nanoestructuras con material de automontaje
Un equipo multiinstitucional de ingenieros ha desarrollado un nuevo enfoque para la fabricación de nanoestructuras para la industria de semiconductores y de almacenamiento magnético. Este enfoque combina la tecnología de impresión de inyección avanzada de tinta de arriba- abajo con un enfoque de abajo-arriba (bottom-up) que consiste automontaje de bloques de copolímeros, un tipo de material que puede formar espontáneamente estructuras ultrafinas.
El equipo, formado por nueve investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, la Universidad de Chicago y la Universidad de Hanyang en Corea, fue capaz de aumentar la resolución de su estructura de fabricación compleja de aproximadamente 200 nanómetros a aproximadamente 15 nanómetros. Un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro, el ancho de una molécula de ADN de doble cadena.
La capacidad de fabricar nanoestructuras de polímeros, ADN, proteínas y otros materiales «blandos» tiene el potencial de permitir nuevas clases de electrónica, dispositivos de diagnóstico y sensores químicos. El reto es que muchos de estos materiales son fundamentalmente incompatibles con los tipos de técnicas litográficas que se utilizan tradicionalmente en la industria de circuitos integrados.
Técnicas de impresión recientemente desarrollados, de ultra alta resolución mediante inyección de tinta tienen un cierto potencial, con la resolución demostrada hasta 100-200 nanómetros, pero hay retos importantes para lograr la verdadera dimensión de nanoescala. «Nuestro trabajo demuestra que los procesos de autoensamblaje de polímero pueden proporcionar una forma de evitar esta limitación», dijo John Rogers, profesor en Ciencia de los Materiales e Ingeniería de la UIUC.
Rogers y sus colegas informan sobre sus hallazgos en la edición de septiembre de la revista Nature Nanotechnology. La combinación de impresión de chorro de copolímeros en bloques de auto-montaje permitió a los ingenieros lograr una resolución mucho más alta, según lo sugerido por Onses Serdar, un científico postdoctoral en UIUC. Onses obtuvo su doctorado en la Universidad de Wisconsin con Paul Nealey, ahora profesor Brady W. Dougan de Ingeniería Molecular de Universidad de Chicago y coautor del artículo de Nature. «Este concepto resultó ser muy útil», dijo Rogers.
Los ingenieros utilizan materiales de automontaje para aumentar los procesos de fotolitografía tradicionales que generan patrones para muchas aplicaciones tecnológicas. Primero se crean ya sea un patrón topográfico o químico con los procesos tradicionales. Para el artículo de Nature , esto se hizo en el IMEC en Bélgica, un centro de investigación independiente de nanoelectrónica. El laboratorio de Nealey es pionero de este proceso de autoensamblaje dirigido de copolímeros en bloque con nanopatrones químicos.
Beneficios de impresión e-jet
La forma avanzada de impresión de inyección de tinta que los ingenieros utilizan para depositar localmente bloque de copolímeros se denomina impresión electrohidrodinámica o impresión e-jet, que funciona de forma muy parecida a las impresoras de inyección de tinta de oficinistas usan para imprimir en papel. «La idea es que el flujo de materiales de pequeñas aberturas, excepto e-jet es una versión especial de alta resolución de las impresoras de chorro de tinta que puede imprimir por debajo de varios cientos de nanómetros», dijo Onses. Y debido a que e-jet puede manejar naturalmente tintas fluidas, sirve perfectamente para las suspensiones de solución de nanotubos, nanocristales, nanocables y otros tipos de nanomateriales.
«El aspecto más interesante de este trabajo es la capacidad de combinar las técnicas de ‘arriba-abajo’ de impresión de chorro con procesos de abajo-arriba de auto-ensamblaje, de una manera que abre nuevas posibilidades en la litografía – aplicable a los materiales blandos y duros por igual «, dijo Rogers.
Fuente: M. Serdar Onses, Chiho Song, Lance Williamson, Erick Sutanto, Placid M. Ferreira, Andrew G. Alleyne, Paul F. Nealey, Heejoon Ahn, John A. Rogers. Hierarchical patterns of three-dimensional block-copolymer films formed by electrohydrodynamic jet printing and self-assembly. Nature Nanotechnology, 2013; 8 (9): 667 DOI: 10.1038/nnano.2013.160
Interruptor atómico basado en el control de la posición de un solo átomo
Avances recientes en Nanotecnología han permitido miniaturizar a escala atómica los interruptores electrónicos. Ahora, un equipo internacional de científicos de la Universidad de Constanza en Alemania —en el que se encuentra el físico Juan Carlos Cuevas de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM)— ha demostrado que un nanohilo de aluminio puede usarse como un interruptor que se enciende y se apaga controlando eléctricamente la posición de un único átomo.
De acuerdo con el trabajo publicado recientemente en la revista Nature Nanotechnology, estos interruptores atómicos podrían convertirse en los elementos de memoria no volátil más pequeños que hasta ahora se hayan desarrollado para el almacenamiento de información.
Los experimentos que llevaron a estas conclusiones debieron realizarse a muy bajas temperaturas (por debajo de 1 K), ya que es en estas condiciones que el aluminio se convierte en un material superconductor.
Alcanzar la superconductividad del aluminio permitió a los científicos utilizar las características corriente-voltaje para revelar las propiedades cuánticas de transporte en ambas posiciones del interruptor (apagado y encendido).
“En los experimentos se utilizó un puente metálico basado en una película delgada o nanohilo de aluminio —explica Juan Carlos Cuevas—. Este puente se rompe primero de forma controlada por medios mecánicos para formar un contacto con apenas unos pocos átomos en su parte más estrecha. Después se hace pasar una corriente eléctrica mediante un complejo protocolo, hasta que se consigue que el nanohilo exhiba dos valores de la resistencia eléctrica bien definidos. Cuando esto ocurre, el nanocircuito se comporta como un interruptor electrónico”, completa el físico de la UAM.
En el plano teórico los investigadores llevaron a cabo simulaciones por ordenador para averiguar las configuraciones atómicas que se generan en el interruptor. Estas simulaciones, combinadas con un teoría cuántica de la conducción eléctrica, permitieron a los científicos demostrar que el proceso de conmutación del interruptor se produce por la reordenación de un solo átomo inducida por el paso de la corriente.
Fuente: Cienci Kanija
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