Investigadores de la Universidad de Duke y la Universidad Estatal de Carolina del Norte han demostrado las primeras micropartículas semiconductoras personalizadas que se pueden dirigir en varias configuraciones repetidamente mientras están suspendidas en agua.
Con una inicial de seis partículas personalizadas que previsiblemente interactúan entre sí en presencia de campos eléctricos de corriente alterna CA de frecuencias variables, el estudio presenta los primeros pasos para realizar aplicaciones avanzadas como músculos artificiales y sistemas informáticos reconfigurables.
El estudio aparece en línea el 3 de mayo en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
"Hemos diseñado y codificado múltiples respuestas dinámicas en diferentes micropartículas para crear una caja de herramientas de silicio reconfigurable", dijo Ugonna Ohiri, una estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica recién graduada de Duke y primer autor del artículo ". Al proporcionar un medio de control.ensamblando y desarmando estas partículas, estamos trayendo una nueva herramienta al campo de la materia activa "
Si bien los investigadores anteriores han trabajado para definir sistemas de autoensamblaje, pocos han trabajado con partículas semiconductoras, y ninguno ha explorado la amplia gama de formas, tamaños y recubrimientos personalizados que están disponibles para la industria de la micro y nanofabricación. Ingeniería de partículas de siliciopresenta la oportunidad de realizar físicamente dispositivos electrónicos que pueden autoensamblarse y desmontarse a pedido. La personalización de sus formas y tamaños presenta oportunidades para explorar un amplio espacio de diseño de nuevos comportamientos móviles.
"La mayoría del trabajo anterior realizado con partículas de autoensamblaje se ha realizado con formas como esferas y otros materiales disponibles en el mercado", dijo Nan Jokerst, profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática de JA Jones en Duke. "Ahora quepuede personalizar cualquier forma arbitraria, características eléctricas y recubrimientos estampados que queramos con silicio, se está abriendo un mundo completamente nuevo "
En el estudio, Jokerst y Ohiri fabricaron partículas de silicio de varias formas, tamaños y propiedades eléctricas. En colaboración con Orlin Velev, el Profesor INVISTA de Ingeniería Química y Biomolecular en NC State, caracterizaron cómo estas partículas respondían a diferentes magnitudes y frecuenciasde campos eléctricos mientras está sumergido en agua.
En base a estas observaciones, los investigadores fabricaron nuevos lotes de partículas personalizadas que probablemente exhibirían los comportamientos que estaban buscando, dando como resultado seis composiciones diferentes de micropartículas de silicio diseñadas que podrían moverse a través del agua, sincronizar sus movimientos y ensamblarse ydesmontar bajo demanda.
Las partículas de película delgada tienen rectángulos de 10 micras por 20 micras que tienen un grosor de 3,5 micras. Se fabrican utilizando la tecnología de silicio sobre aislante SOI. Ya que pueden fabricarse utilizando la misma tecnología de fabricación que produce circuitos integrados, millones de partículas idénticas podrían producirse a la vez.
"La idea es que eventualmente seremos capaces de hacer sistemas computacionales de silicio que se monten, desarmen y luego vuelvan a armar en un formato diferente", dijo Jokerst. "Eso está muy lejos en el futuro, pero este trabajo proporcionauna idea de las capacidades que existen y es la primera demostración de cómo podríamos lograr ese tipo de dispositivos "
Sin embargo, esto es solo la punta del iceberg proverbial. Algunas de las partículas se fabricaron con regiones de tipo p y de tipo n para crear uniones pn, componentes eléctricos comunes que permiten que la electricidad pase en una sola dirección.También se colocaron pequeños patrones de metal en las superficies de las partículas para crear diodos de unión pn con contactos. En el futuro, los investigadores podrían incluso diseñar partículas con patrones usando otros materiales eléctricamente conductores o aislantes, circuitos integrados complejos o microprocesadores en el silicio o dentro de él.
"Este trabajo es solo una pequeña instantánea de las herramientas que tenemos para controlar la dinámica de las partículas", dijo Ohiri. "Ni siquiera hemos arañado la superficie de todos los comportamientos que podemos diseñar, pero esperamos que este estudio multidisciplinariopuede ser pionero en futuros estudios para diseñar materiales activos artificiales ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Duke . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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