(PhysOrg.com) - När ett team av universitets- och branschforskare testade en roman, gjut-stil form-fyllning teknik för att göra nanoskala enheter, de insåg att de hade upptäckt en pärla.
De var inte bara banbrytande för en tredimensionell nanoskala tillverkningsmetod, de använde processen för att göra ultrahårda, slitstarka nanoprober av ett material som liknar diamant.
I större skala, material som ser släta ut fortfarande slits på grund av små oegentligheter och defekter på deras ytor. Dock, på nanoskala, atomer gnider av en i taget, skapa nya utmaningar för forskare som bygger enheter ibland bara tiotals atomer breda.
"Friktionens effekter är viktiga i nanoskala enheter och processer, där ytkrafter som friktion blir allt mer dominerande på grund av det höga yt-volym-förhållandet, "säger Kumar Sridharan, en framstående forskningsprofessor i ingenjörsfysik vid University of Wisconsin-Madison och medlem i forskargruppen.
Laget, som också inkluderade forskare från University of Pennsylvania och IBM Research-Zurich, publicerade detaljer om sin forskning 31 januari i förhandens onlineutgåva av Naturnanoteknik .
Förskottet är nyckeln eftersom det visar en metod för att applicera, i en tredimensionell nanoskala-applikation, kiselhaltigt diamantliknande kol, eller Si-DLC. I studien, forskarna visade att Si-DLC, som är uppskattad för sin låga friktion och höga slitstyrka i makroskala, uppvisar också liknande enastående slitstyrka i nanoskala.
"Det var inte klart att material som är slitstarka i makroskala uppvisar samma egenskap på nanoskala, "säger huvudförfattaren Harish Bhaskaran, en tidigare IBM -forskare som nu är forskare vid Yale University Department of Electrical Engineering.
Utvecklad av Sridharan, den nya "nanogjuteritekniken" kan lätt skala upp för kommersiell tillverkning.
Med hjälp av en IBM kisel-på-isolerande skiva etsad med vass, pyramidformade "formar, "Sridharan använde Si-DLC för att tillverka ultrasharp tips, med en radius på 5 nanometer, på vanliga mikrokantilverser av kisel.
För närvarande, tillverkare etsar spetsarna av kisel. Dock, för den nya metoden i gjuteri, Sridharan utnyttjade plasma -nedsänkning av jonimplantation och deponering, en rumstemperaturprocess som tidigare använts för applicering, eller "deponering, "beläggningar på implantering av joner i andra material." Vi har alltid avsatt tunna filmer på material, "säger han." Vi har sett det som en tvådimensionell ytmodifieringsprocess. "
I tre dimensioner, tekniken fungerar ungefär som det sätt på vilket ett snöfall täcker marken. I detta fall, "snön" är joniserad hexametyldisiloxan, en flytande föregångare till Si-DLC som förgasas i plasmakammaren och slutligen packas snyggt i formarna på IBM-skivan. "Vår process har gjort det möjligt för oss att fylla ett mycket skarpt tips, mycket exakt, säger Sridharan.
En annan fördel är att Si-DLC är en amorf, snarare än kristallint, material. Om en kristall är för stor, formen fylls oregelbundet och begränsar spetsens skärpa. Dock, ett amorft material kan glida atom för atom in i formen, fyller den helt, som regndroppar i en hink.
Förutom att fylla spetsformarna helt, Si-DLC täcker också hela skivan. Forskarna utvecklade en enkel, kommersiellt genomförbar tvåstegs etsningsprocess för att frigöra spetsen och den integrerade fribäraren från skivan.
Tipsen har tillämpningar inom atomkraftsmikroskopi, datalagring och nanofabrication. Vid slitprov, där forskarna gled spetsarna kontinuerligt över en kiseldioxidyta i flera dagar, de hittade Si-DLC-tipsen var 3, 000 gånger mer slitstark än kiselspetsar. "Vi har tagit ett material som är bra i makroskala, vi tillverkar det på nanoskala, och vi visar att den är slitstark i nanoskala, säger Bhaskaran.
Andra författare på Naturnanoteknik papper inkluderar Bernd Gotsmann, Abu Sebastian, Ute Drechsler, Mark A. Lantz, Michel Despont, Papot Jaroenapibal, Robert W. Carpick, och Yun Chen.
