Des chercheurs de l'Université de Pennsylvanie, l'Université du Wisconsin-Madison et IBM Research-Zürich ont fabriqué un ultra pointu, pointe de carbone en forme de diamant possédant une résistance si élevée qu'elle est de 3, 000 fois plus résistant à l'usure à l'échelle nanométrique que le silicium.

Le résultat final est un matériau de carbone de type diamant produit en masse à l'échelle nanométrique qui ne s'use pas. La nouvelle pointe nanométrique, les chercheurs disent, s'use à raison d'un atome par micromètre de glissement sur un substrat de dioxyde de silicium, bien inférieur à celui d'une pointe en oxyde de silicium qui représente l'état de l'art actuel. Composé de carbone, hydrogène, du silicium et de l'oxygène moulés sous la forme d'une pointe nanométrique et intégrés à l'extrémité d'un microcantilever en silicium pour une utilisation en microscopie à force atomique, le matériau a des implications technologiques pour l'imagerie atomique, stockage de données basé sur des sondes et en tant qu'applications émergentes telles que la nanolithographie, nanométrologie et nanofabrication.

L'importance de la découverte ne réside pas seulement dans sa taille et sa résistance à l'usure, mais aussi dans le substrat dur contre lequel il s'est avéré performant lors d'un contact glissant :le dioxyde de silicium. Parce que le silicium - utilisé dans presque tous les circuits intégrés - s'oxyde dans l'atmosphère en formant une fine couche de son oxyde, ce système est le plus pertinent pour la nanolithographie, applications de nanométrologie et de nanofabrication.

On s'attend à ce que les technologies basées sur des sondes jouent un rôle dominant dans bon nombre de ces technologies; cependant, mauvaise performance d'usure de nombreux matériaux lorsqu'ils sont glissés contre l'oxyde de silicium, y compris l'oxyde de silicium lui-même, a une utilité très limitée pour le laboratoire.

Les chercheurs ont construit le matériau à partir de zéro, plutôt que de revêtir une pointe nanométrique de matériaux résistants à l'usure. La collaboration a utilisé une technique de moulage pour fabriquer des pointes monolithiques sur des microporte-à-faux en silicium standard. Une technique de traitement en vrac qui a le potentiel d'être mise à l'échelle pour la fabrication commerciale est disponible.

Robert Carpick, professeur au Département de génie mécanique et de mécanique appliquée de Penn, et son groupe de recherche avaient déjà montré que les films minces à base de carbone, y compris le carbone de type diamant, avait un faible frottement et une faible usure à l'échelle nanométrique ; cependant, jusqu'à présent, il était difficile de fabriquer des structures à l'échelle nanométrique en carbone de type diamant.

Comprendre le frottement et l'usure à l'échelle nanométrique est important pour de nombreuses applications impliquant des composants nanométriques glissant sur une surface.

"Il n'est pas clair que les matériaux résistants à l'usure à l'échelle macroscopique présentent la même propriété à l'échelle nanométrique, " auteur principal Harish Bhaskaran, qui était chercheur postdoctoral chez IBM pendant l'étude, mentionné.

Défauts, les fissures et autres phénomènes qui influencent la résistance et l'usure des matériaux à l'échelle macroscopique sont moins importants à l'échelle nanométrique, c'est pourquoi les nanofils peuvent, par exemple, montrent des résistances plus élevées que les échantillons en vrac.

L'étude est publiée dans l'édition actuelle de la revue Nature Nanotechnologie .