La capacidad de modelar materiales en tamaños cada vez más pequeños, usando la litografía de haz de electrones EBL, en la que un material sensible a los electrones está expuesto a un haz de electrones enfocado, como método principal, está impulsando los avances en nanotecnologíaCuando el tamaño característico de los materiales se reduce de la macroescala a la nanoescala, se pueden manipular átomos y moléculas individuales para alterar drásticamente las propiedades del material, como el color, la reactividad química, la conductividad eléctrica y las interacciones de luz.
En la búsqueda continua de patrones de materiales con tamaños de características cada vez más pequeños, los científicos del Centro de Nanomateriales Funcionales CFN, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los Estados Unidos DOE en el Laboratorio Nacional Brookhaven han establecido recientementeun nuevo registro. Realizando EBL con un microscopio electrónico de transmisión de exploración STEM, han modelado películas delgadas de polímero de poli metacrilato de metilo o PMMA, con características individuales tan pequeñas como un nanómetro nm, y con un espacio entrecaracterísticas de 11 nm, produciendo una densidad de área de casi un billón de características por centímetro cuadrado. Estos logros récord se publican en la edición en línea del 18 de abril de Nano letras .
"Nuestro objetivo en CFN es estudiar cómo cambian las propiedades ópticas, eléctricas, térmicas y otras propiedades de los materiales a medida que sus tamaños de características se reducen", dijo el autor principal Vitor Manfrinato, investigador asociado en el grupo de microscopía electrónica de CFN que comenzó el proyectocomo usuario de CFN mientras completaba su trabajo de doctorado en el MIT. "Hasta ahora, modelar materiales en un solo nanómetro no ha sido posible de una manera controlable y eficiente".
Los instrumentos EBL comerciales generalmente modelan materiales en tamaños entre 10 y 20 nanómetros. Las técnicas que pueden producir patrones de mayor resolución requieren condiciones especiales que limitan su utilidad práctica o ralentizan drásticamente el proceso de modelado. Aquí, los científicos presionaron los límites de resolución deEBL instalando un generador de patrones, un sistema electrónico que mueve con precisión el haz de electrones sobre una muestra para dibujar patrones diseñados con software de computadora, en uno de los STEM corregidos por aberración de CFN, un microscopio especializado que proporciona un haz de electrones enfocado en el atómicoescala.
"Convertimos una herramienta de imagen en una herramienta de dibujo que es capaz no solo de tomar imágenes de resolución atómica sino también de crear estructuras de resolución atómica", dijo el coautor Aaron Stein, científico principal del grupo de nanomateriales electrónicos en CFN.
Sus mediciones con este instrumento muestran una reducción de casi el 200 por ciento en el tamaño de la característica de 5 a 1.7 nm y un aumento del 100 por ciento en la densidad del patrón de área de 0.4 a 0.8 billones de puntos por centímetro cuadrado, o de un espacio de 16 a 11 nm entrecaracterísticas sobre informes científicos anteriores.
Las películas de PMMA con dibujos del equipo se pueden usar como plantillas para transferir la función de nanómetro de un solo dígito dibujado a cualquier otro material. En este trabajo, los científicos crearon estructuras de menos de 5 nm tanto en metal paladio dorado como semiconductor óxido de zinc materiales. Sus características de paladio de oro fabricado eran tan pequeñas como seis átomos de ancho.
A pesar de esta demostración de récord, el equipo sigue interesado en comprender los factores que aún limitan la resolución y, en última instancia, llevar a EBL a su límite fundamental.
"La resolución de EBL puede verse afectada por muchos parámetros, incluidas las limitaciones del instrumento, las interacciones entre el haz de electrones y el material polimérico, las dimensiones moleculares asociadas con la estructura polimérica y los procesos químicos de la litografía", explicó Manfrinato.
Un resultado emocionante de este estudio fue la constatación de que las películas de polímeros pueden modelarse en tamaños mucho más pequeños que el radio efectivo de 26 nm de la macromolécula de PMMA ". Las cadenas de polímeros que forman una macromolécula de PMMA son un millón de monómeros moléculas repetitivos"en una película, estas macromoléculas están enredadas y enrolladas", dijo Stein. "Nos sorprendió descubrir que el tamaño más pequeño que pudimos modelar está muy por debajo del tamaño de la macromolécula y se acerca al tamaño de uno de los monómeros.unidades repetidas, tan pequeñas como un solo nanómetro "
A continuación, el equipo planea usar su técnica para estudiar las propiedades de los materiales modelados en dimensiones de un nanómetro. Uno de los objetivos iniciales será el material semiconductor de silicio, cuyas propiedades electrónicas y ópticas se predice que cambien en la escala nanométrica de un solo dígito.
"Esta técnica abre muchas posibilidades interesantes de ingeniería de materiales, adaptando las propiedades si no es átomo por átomo, luego más cerca que nunca", dijo Stein. "Debido a que el CFN es una instalación de usuario nacional, pronto ofreceremos nuestro primero de-una especie de herramienta de nanociencia para usuarios de todo el mundo. Será realmente interesante ver cómo otros científicos hacen uso de esta nueva capacidad ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Brookhaven . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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