Nanotecnologia

Nova técnica permite fabricação em escala molecular

Nova técnica permite fabricação em escala molecular
As moléculas podem ser alocadas com precisão e maior velocidade do que o processo realizado pela ponta dos microscópios eletrônicos. [Imagem: D. Lock et al. - 10.1038/ncomms9365]

Construção átomo por átomo

Cientistas britânicos desenvolveram uma nova forma de manipular vários milhares de átomos de uma vez, abrindo o caminho para a construção de dispositivos eletrônicos em nanoescala de forma mais rápida e mais fácil e, mais importante, a temperatura ambiente.

Em 1989, a primeira estrutura atômica feita pelo homem foi criada por meio de um microscópio de varredura por tunelamento (STM), que foi usado para deslocar suavemente átomos individuais em um logotipo da IBM em escala nanométrica.

Em 2005, uma equipe norte-americana já conseguia manipular átomos no interior de um metal.

No entanto, esses métodos exigem que os átomos sejam manipulados um por um, tornando o processo muito demorado, mesmo com os microscópios mais avançados, que levam várias horas para posicionar apenas alguns poucos átomos.

Construção molecular

Com a nova técnica, desenvolvida por uma equipe das universidades de Bath e Birmingham, é possível mover milhares de átomos simultaneamente, mas com a mesma precisão da manipulação individual.

A ponta do microscópio injeta elétrons sobre uma superfície repleta de moléculas de benzeno. Esses elétrons podem viajar algumas dezenas de nanômetros pela superfície, até encontrarem uma das moléculas de benzeno, que então alternam para a fase gasosa, descolando-se da superfície.

São essas moléculas que dão origem à construção que se deseja fazer, já que podem ser depositadas com precisão.

Nova técnica permite fabricação em escala molecular
A nova técnica de nanofabricação rendeu um fruto inesperado, explicando o comportamento dos chamados "elétrons quentes". [Imagem: Universidade de Bath]

Elétrons quentes

E a técnica rendeu um resultado inesperado, com grande importância para a fabricação de componentes eletrônicos.

Comparando cuidadosamente a posição atômica das moléculas de benzeno, antes e depois da injeção de elétrons, a equipe foi capaz de observar diretamente pela primeira vez como elétrons de alta energia - também conhecidos como "elétrons quentes" - comportam-se a temperatura ambiente.

Elétrons quentes podem vazar de transistores de silício, o que representa um grande limitador à miniaturização dos circuitos. Eles também desempenham um papel fundamental na transformação da energia da luz solar em eletricidade, que ocorre nas células fotovoltaicas.

Os dados mostram que, em vez de se moverem em linha reta, como se previa, os elétrons quentes saem batendo pelas moléculas como bolas em uma máquina de pinball.

"Ficamos surpresos ao descobrir que os elétrons quentes não viajam em linha reta, comportando-se como se fossem uma bola em uma máquina de pinball, difundindo-se em toda a superfície. Isto confirma que a teoria de Einstein sobre o movimento browniano dos elétrons em semicondutores funciona mesmo em nanoescala. Algo que você simplesmente não consegue observar com os experimentos 'normais' de baixa temperatura," disse o professor Peter Sloan, coordenador da equipe.

Bibliografia:

Atomically resolved real-space imaging of hot electron dynamics
D. Lock, K. R. Rusimova, T. L. Pan, R. E. Palmer, P. A. Sloan
Nature Communications
Vol.: 6, Article number: 8365
DOI: 10.1038/ncomms9365
http://www.nature.com/ncomms/2015/150921/ncomms9365/full/ncomms9365.html




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