EPFL-forskare har utvecklat en högprecisionsteknik som gör det möjligt för dem att rista nanometriska mönster i tvådimensionella material.

Med sin banbrytande nanoteknik, EPFL -forskare har uppnått det omöjliga. De kan nu använda värme för att bryta länkarna mellan atomer med en miniatyrskalpell. "Det är extremt svårt att strukturera 2-D-material med konventionell litografi, som ofta använder aggressiva kemikalier eller accelererade, elektriskt laddade partiklar, som elektroner eller joner, som kan skada materialets egenskaper, "säger Xia Liu, en forskare och postdoc vid teknikhögskolans mikrosystemlaboratorium. "Vår teknik, dock, använder en lokaliserad värme- och tryck "källa" för att exakt skära i 2-D-materialen. "

"Vår teknik liknar konsten att pappersskära, vilket är vanligt i denna region i Schweiz, men i mycket mindre skala, "förklarar Ana Conde Rubio, medförfattare till studien. "Vi använder värme för att modifiera substratet och göra det mer flexibelt och, i vissa fall, till och med förvandla den till en gas. Vi kan då lättare hugga in i 2-D-materialet. "

Ett skarpt tips

Xia Liu, Samuel Howell, Ana Conde Rubio, Giovanni Boero och Jürgen Brugger använde molybden ditelluride (MoTe ₂ ), ett 2-D-material som liknar grafen. Den är mindre än en nanometer - eller tre lager atomer - tjock. MoTe ₂ placeras på en polymer som reagerar på temperaturförändringar. "När polymeren utsätts för värme, det sublimerar, vilket betyder att det går från ett fast till ett gasformigt tillstånd, "förklarar Liu.

Forskarna från Institute of Microengineering använde en ny nanoskala struktureringsteknik som kallas termisk skanningssondlitografi (t-SPL), som fungerar på ett liknande sätt som ett atomkraftmikroskop. De värmer en skarp nanostorlek till mer än 180 ° C, ta det i kontakt med 2-D-materialet och applicera lite kraft. Detta gör att polymeren sublimerar. Ett tunt lager av MoTe2 bryts sedan av utan att skada resten av materialet.

Små och effektivare komponenter

Forskarna kommer att kunna använda denna teknik för att rista extremt exakta mönster i 2-D-material. "Vi använder ett datordrivet system för att styra den extrasnabba uppvärmnings- och kylprocessen och spetsens position, "förklarar Samuel Howell, en annan medförfattare. "Detta gör att vi kan göra fördefinierade streck för att skapa, till exempel, nanoribbonen som används i nanoelektroniska enheter. "

Men vad är så användbart med att arbeta i så liten skala? "Många 2-D-material är halvledare och kan integreras i elektroniska enheter, "säger Liu." Denna generiska teknik kommer att vara mycket användbar inom nanoelektronik, nanofotonik och nanobioteknik, eftersom det kommer att bidra till att göra elektroniska komponenter mindre och effektivare. "

Förbättra noggrannheten

Nästa fas av forskningen kommer att fokusera på att titta på ett bredare materialutbud och hitta kombinationer som fungerar i integrerade nanosystem. Framtida aktiviteter kommer också att återvända till utformningen av cantilever och nanotip för förbättrad nanoskärning.

Mer allmänt, forskarna i Microsystems Laboratory letar efter att utveckla en ny generation tillverkningstekniker för flexibla mikrosystem. "Polymerbaserade mikroelektromekaniska system (MEMS) har många potentiella elektroniska och biomedicinska tillämpningar, "förklarar professor Jürgen Brugger." Men vi är fortfarande i ett tidigt skede av att utveckla tekniker för att designa funktionella polymerer i 3D-mikrosystem. "Brugger hoppas kunna flytta gränserna och hitta nya material och processer för MEMS genom att fokusera på stencilen , utskriftsprocessen, den riktade självmonteringen av nanomaterial, och lokaliserad termisk bearbetning.