I ricercatori IBM hanno creato una mappa 3D della terra così piccola che mille di queste mappe potrebbero essere inserite in un grano di sale. I ricercatori sono riusciti a realizzarla attraverso una tecnica innovativa che utilizza una punta in silicio – 100.000 volte più piccola di una matita dalla punta affilata – per creare modelli e strutture inferiori ai 15 nanometri con costi e complessità estremamente ridotti. Questa tecnica di “patterning” apre nuovi orizzonti allo sviluppo di dimensioni nanometriche in settori quali l’elettronica, la tecnologia dei chip del futuro, la medicina, le scienze naturali e l’optoelettronica.
Per dimostrare le potenzialità della tecnica, il team ha creato vari modelli tridimensionali e bidimensionali utilizzando materiali diversi per ciascuno di essi come riportato nelle riviste scientifiche “Science” e “Advanced Materials:
• È stata creata una copia tridimensionale alta 25 nanometri del Cervino, famosa vetta delle Alpi alta 4478 metri (14692 piedi) in vetro molecolare in scala 1:5 miliardi.
• La mappa 3D completa del mondo che misura solo 22 per 11 micrometri è stata “scritta” su un polimero. Con queste dimensioni, è possibile inserire 1000 mappe del mondo in un grano di sale. Nel plastico, mille metri di altitudine corrispondono a circa otto nanometri (nm). La mappa è composta da 500.000 pixel, ciascuno delle dimensioni di 20 nm2, ed è stata creata in soli 2 minuti e 23 secondi.
• Il logo IBM 2D di dimensioni nanometriche è stato inciso nel silicio a una profondità di 400 nanometri, dimostrando in questo modo la capacità della tecnica nelle applicazioni di nano-manufatti.
• Dense line patterning 15-nm 2D ad alta risoluzione.
Il componente principale della nuova tecnica è una punta di silicio sottile molto affilata di 500 nanometri di lunghezza e con una sommità di pochi nanometri. Il tip, simile a quello utilizzato nei microscopi a forza atomica, è collegato a un “cantilever” pieghevole che effettua, in modo controllabile, la scansione della superficie del materiale del substrato con la precisione di un nanometro, un milionesimo di millimetro. Applicando calore e forza, il tip nanometrico è in grado di rimuovere il materiale substrato in base a pattern predefiniti, agendo come una “nanomilling” dalla precisione estremamente elevata.
Come avviene con una fresatrice, è possibile rimuovere una maggiore quantità di materiale per creare strutture 3D complesse con una precisione nanometrica modulando la forza o reindirizzando i singoli punti. Ad esempio, per creare la copia 3D del Cervino, sono stati successivamente rimossi 120 singoli strati di materiale dal substrato di vetro molecolare.
La nuova tecnica consente di raggiungere risoluzioni fino a 15 nanometri con la possibilità di arrivare anche a dimensioni inferiori. L’uso dei metodi esistenti quali la litografia e-beam diventa sempre più difficile per creare modelli con risoluzioni inferiori ai 30 nanometri nei quali vi sono troppe limitazioni tecniche.
Inoltre, rispetto ai costosi strumenti per la litografia e-beam, che richiedono diverse fasi di elaborazione e attrezzature facilmente presenti in un laboratorio, lo strumento creato dai ricercatori IBM, che può facilmente stare su un tavolo, promette capacità migliorate e risoluzioni molto alte, ma a un quinto o a un decimo del costo e con complessità inferiori.
Un altro vantaggio della tecnica basata sul nanotip è la capacità di valutare direttamente il modello usando lo stesso tip per creare un’immagine delle strutture scritte, come hanno dimostrato i ricercatori IBM nei loro esperimenti.
Le potenziali applicazioni vanno dalla prototipazione rapida di dispositivi nanometrici per i chip dei computer del futuro alla produzione di elementi ottici delle dimensioni di un micron come le lenti asferiche e le lenti per l’optoelettronica e le comunicazioni ottiche su chip.
Fonte: PR IBM
[A cura di Mauro Notarianni]
