Nanotecnologia

IBM cria o menor mapa 3D do mundo

IBM cria o menor mapa 3D do mundo
Este é o menor mapa 3D da Terra, construído com uma nova ferramenta de fabricação para a nanotecnologia criada por cientistas da IBM. Apesar da precisão dos detalhes em escala nanométrica, só vista por microscópio, o mapa inteiro é do tamanho de um grão de sal. [Imagem: Knoll et al./Advanced Materials]

Nanofabricação

Um grupo de cientistas da IBM criou um mapa-múndi 3D tão pequeno quanto um grão de sal. Um outro mapa 3D de uma montanha dos Alpes é tão pequeno que 1.000 deles juntos caberiam em um único grão de sal.

O feito foi possível graças a uma nova técnica que utiliza uma ponta de silício 100.000 vezes mais fina do que a ponta afiada de um lápis.

Esta ponta é usada para criar padrões e estruturas com dimensões de até 15 nanômetros. Embora isso já fosse possível com outros equipamentos, a nova técnica é mais rápida e mais simples - e por decorrência, muito mais barata.

Esta nova forma de criar estruturas nanométricas vai ajudar o desenvolvimento de objetos em nanoescala úteis em áreas como os MEMS, as nanomáquinas, a optoeletrônica, além de acelerar as pesquisas para o uso da nanotecnologia na medicina e na biotecnologia.

Menor mapa 3D do mundo

Para demonstrar as capacidades inovadoras da técnica, os cientistas criaram uma série de mapas planos e tridimensionais, usando diferentes materiais.

O primeiro é um mapa 3D completo do mundo, medindo apenas 22 micrômetros de largura por 11 micrômetros de altura, esculpido em polímero - o tamanho é equivalente ao tamanho de um grão de sal.

No relevo, cada 1.000 metros de altitude correspondem a cerca de 8 nanômetros. O mapa é formado por 500.000 "pixels", cada um medindo 20 nanômetros quadrados, menos da metade do tamanho dos transistores dos processadores mais modernos.

O mapa tridimensional inteiro foi construído em apenas 2 minutos e 23 segundos, um "instantâneo" em comparação com as técnicas de manipulação disponíveis até agora.

O segundo mapa é uma réplica 3D do Matterhorn, uma famosa montanha dos Alpes suíços, com 4.478 metros de altitude. Criado em vidro molecular, o nanomapa representa uma escala de 1:5 bilhões.

IBM cria o menor mapa 3D do mundo
Para criar a réplica 3D do Matterhorn, uma famosa montanha dos Alpes suíços, 120 camadas de material foram removidas sucessivamente do substrato de vidro molecular. [Imagem: Knoll et al./Advanced Materials]

A ciência por trás da técnica

O componente central da nova técnica, desenvolvida no laboratório da IBM em Zurique, na Suíça, é uma pequena ponta de silício muito afiada, com 500 nanômetros de comprimento e apenas alguns nanômetros na sua extremidade.

A ponta, semelhante às utilizadas em microscópios de força atômica, é acoplada a uma viga flexível que varre de forma controlada a superfície do substrato com a precisão de um nanômetro - um milionésimo de milímetro.

Aplicando calor e força, a ponta nanométrica consegue remover material de um substrato com base em padrões predefinidos, funcionando assim como uma fresa em nanoescala, controlada por computador e com precisão extremamente alta.

Da mesma forma que as fresas tradicionais, pode-se retirar mais material modulando a força aplicada na ferramenta, resultando em estruturas 3D com precisão nanométrica. Para criar a réplica 3D do Matterhorn, por exemplo, 120 camadas de material foram removidas sucessivamente do substrato de vidro molecular.

"Os avanços em nanotecnologia estão intimamente ligados à existência de métodos e ferramentas de alta qualidade para a produção de padrões e objetos em nanoescala sobre diferentes superfícies," explica o Dr. Armin Knoll. "Com sua larga funcionalidade e capacidade única de modelação 3D, esta técnica de padronização baseada em uma nanoponta é uma poderosa ferramenta para a criação de estruturas muito pequenas."

Bibliografia:

Probe-Based 3-D Nanolithography Using Self-Amplified Depolymerization Polymers (p NA)
Armin Knoll, David Pires, Olivier Coulembier, Philippe Dubois, James L. Hedrick, Jane Frommer, Urs Duerig
Advanced Materials
Apr 23 2010
Vol.: Articles online in advance of print
DOI: 10.1002/adma.200904386




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