Världens mest kända målning har nu skapats på världens minsta duk. Forskare vid Georgia Institute of Technology har "målat" Mona Lisa på en substratyta som är cirka 30 mikron bred – eller en tredjedel av ett människohår. Lagets skapelse, "Mini Lisa, " demonstrerar en teknik som potentiellt skulle kunna användas för att uppnå nanotillverkning av enheter eftersom teamet kunde variera ytkoncentrationen av molekyler på så korta skalor.

Bilden skapades med ett atomkraftmikroskop och en process som kallas ThermoChemical NanoLithography (TCNL). Gå pixel för pixel, Georgia Tech-teamet placerade en uppvärmd cantilever vid substratets yta för att skapa en serie begränsade kemiska reaktioner i nanoskala. Genom att endast variera värmen på varje plats, Ph.D. Kandidaten Keith Carroll kontrollerade antalet nya molekyler som skapades. Ju högre värme, desto större lokal koncentration. Mer värme producerade de ljusare nyanserna av grått, som ses på Mini Lisas panna och händer. Mindre värme producerade de mörkare nyanserna i hennes klänning och hår som ses när den molekylära duken visualiseras med fluorescerande färg. Varje pixel är åtskild med 125 nanometer.

"Genom att justera temperaturen, vårt team manipulerade kemiska reaktioner för att ge variationer i de molekylära koncentrationerna på nanoskala, sa Jennifer Curtis, en docent vid Fysikhögskolan och studiens huvudförfattare. "Den rumsliga inneslutningen av dessa reaktioner ger den precision som krävs för att generera komplexa kemiska bilder som Mini Lisa."

Produktion av kemiska koncentrationsgradienter och variationer på submikrometerskalan är svåra att uppnå med andra tekniker, trots ett brett spektrum av tillämpningar kan processen tillåta. Georgia Tech TCNL forskningssamarbete, som inkluderar docent Elisa Riedo och Regents Professor Seth Marder, producerade kemiska gradienter av amingrupper, men förväntar sig att processen kan utökas för användning med andra material.

"Vi föreställer oss att TCNL kommer att kunna mönstra gradienter av andra fysikaliska eller kemiska egenskaper, såsom ledningsförmåga av grafen, " sade Curtis. "Denna teknik bör möjliggöra ett brett utbud av tidigare otillgängliga experiment och tillämpningar inom så olika områden som nanoelektronik, optoelektronik och bioteknik."

En annan fördel, enligt Curtis, är att atomkraftsmikroskop är ganska vanliga och den termiska kontrollen är relativt enkel, göra metoden tillgänglig för både akademiska och industriella laboratorier. För att underlätta deras vision av nanotillverkningsenheter med TCNL, Georgia Tech-teamet har nyligen integrerat nanoarrayer med fem termiska konsoler för att påskynda produktionstakten. Eftersom tekniken ger höga rumsliga upplösningar med en hastighet som är snabbare än andra befintliga metoder, även med en enda konsol, Curtis är hoppfull om att TCNL kommer att ge möjligheten att skriva ut i nanoskala integrerat med tillverkning av stora mängder ytor eller vardagliga material vars dimensioner är mer än en miljard gånger större än själva TCNL-egenskaperna.

Pappret, Tillverkning av kemiska gradienter i nanoskala med termokemisk nanolitografi, publiceras online av tidskriften Langmuir .