Al combinar la velocidad con una precisión increíble, un equipo de investigadores ha desarrollado una forma de imprimir una sonda de imagen a nanoescala en la punta de una fibra de vidrio tan delgada como un cabello humano, acelerando la producción del prometedor dispositivo nuevo de varios por mes a variospor día.
La técnica de fabricación de alto rendimiento abre la puerta a la adopción generalizada de esta y otras estructuras nanoópticas, que exprimen y manipulan la luz de formas que no son alcanzables por la óptica convencional. Las nanoópticas tienen el potencial de ser utilizadas para la obtención de imágenes,detección y espectroscopía, y podría ayudar a los científicos a mejorar las células solares, diseñar mejores medicamentos y fabricar semiconductores más rápidos. Sin embargo, un gran obstáculo para el uso comercial de la tecnología es su proceso de producción que consume mucho tiempo.
El nuevo método de fabricación, llamado nanoimpresión de fibra, podría desconectar este cuello de botella. Fue desarrollado por científicos de la Fundición Molecular, ubicada en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía Berkeley Lab, en colaboración con científicos de Hayward, California.basado en aBeam Technologies. Su investigación se informa en línea el 10 de mayo en la revista Informes científicos .
Su trabajo se basa en la sonda Campanile, que fue desarrollada por los científicos de Molecular Foundry hace cuatro años. Su forma cónica de cuatro lados se asemeja a la parte superior de la torre del reloj Campanile en el campus de UC Berkeley. La sonda está montada al final de unfibra óptica, y enfoca un haz de luz intenso en un punto mucho más pequeño de lo que es posible con la óptica actual. Esto permite obtener imágenes espectroscópicas a una resolución 100 veces mayor que la espectroscopía convencional, que solo mapea la composición química promedio de un material.
Por el contrario, la sonda Campanile puede obtener imágenes de la composición molécula por molécula de nanopartículas y otros materiales. Los científicos pueden usarla para examinar un nanocable en busca de defectos diminutos, por ejemplo, lo que lleva a nuevas formas de mejorar los nanocables para usarlos de manera más eficientecélulas solares.
Pero la fabricación de sondas Campanile ha sido en parte ciencia y en parte arte. Lo mismo se aplica a otros dispositivos nanoópticos, como lentes microscópicos y divisores de haz, que dividen un haz de luz en varios. Estos dispositivos requieren fresar una forma tridimensional conCaracterísticas de escala inferior a 100 nanómetros en la punta de una fibra tenue, que es mucho más difícil que fabricar una nanoestructura en una superficie plana como una oblea.
"Cuando hicimos la sonda Campanile por primera vez, la esculpimos con un haz de iones como Miguel Ángel. Nos llevó cerca de un mes", dice Stefano Cabrini, director de la Instalación de Nanofabricación en la Fundición Molecular. "Ese ritmo está bien para aplicaciones de investigación"., pero la falta de un método de fabricación en masa ha inhibido el uso más amplio de dispositivos nanoópticos ".
Ahí es donde entra la nanoimpresión de fibra. Su primer paso es el que lleva más tiempo: los científicos crean un molde con las dimensiones precisas del dispositivo nano-óptico que desean imprimir. Para la sonda Campanile, esto significa un molde de nanoescala de la sondacaracterísticas, incluidos los cuatro lados y el espacio de emisión de luz de 70 nanómetros de ancho en la parte superior de la pirámide.
"Este molde puede tardar algunas semanas en fabricarse, pero solo necesitamos uno y luego podemos comenzar a imprimir", explica Keiko Munechika de aBeam Technologies, que se asoció con Molecular Foundry para desarrollar el proceso de fabricación como parte del Departamentodel programa de Transferencia de Tecnología para Pequeñas Empresas de Energy. Varios otros científicos de aBeam Technologies contribuyeron a este trabajo, incluido Alexander Koshelev. La compañía ahora comercializa varios dispositivos nanoópticos basados en fibra ver información adicional.
Después de crear el molde, se dirige a las carreras. El molde se llena con una resina especial y luego se coloca sobre una fibra óptica. La luz infrarroja se envía a través de la fibra, lo que permite a los científicos medir la alineación exacta del moldeen relación con la fibra. Si todo se verifica, se envía luz UV a través de la fibra, que endurece la resina. Un último paso de metalización cubre los lados de la sonda con capas doradas. El resultado es una impresión rápida, no esculpida meticulosamente.- Sonda Campanile.
"Podemos hacer esto una y otra vez y hacer una sonda cada pocos minutos", dice Munechika.
Hay varias ventajas en el ritmo de producción más rápido. Las sondas Campanile son frágiles, y ahora es posible dar a los investigadores un lote en caso de que se rompa. Además, es más fácil optimizar los dispositivos nanoópticos si los científicos pueden proporcionar comentarios sobre el dispositivorendimiento, y un lote mejorado se desarrolla rápidamente para pruebas adicionales. La técnica de fabricación también se puede aplicar a cualquier dispositivo nanoóptico, y hasta ahora se ha utilizado para crear lentes Fresnel y divisores de haz además de la sonda Campanile.
"En lugar de esculpir un dispositivo único como Miguel Ángel, ahora tomamos la obra maestra original, imprimimos y creamos muchas réplicas en rápida sucesión", dice Cabrini. "Es una nueva capacidad del MolecularLa fundición puede proporcionar a la comunidad científica "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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