A l'échelle du tout petit, la physique peut devenir étrange. Un professeur de génie biomédical de l'Université du Michigan a découvert un nouvel exemple d'un tel phénomène à l'échelle nanométrique - un phénomène qui pourrait conduire à une accélération plus rapide, des appareils de diagnostic portables moins chers et repoussent les frontières dans la construction d'appareils micromécaniques et de « laboratoire sur puce ».

Dans notre monde à grande échelle, les matériaux appelés conducteurs transmettent efficacement l'électricité et les matériaux appelés isolants ou diélectriques ne le font pas, à moins qu'ils ne soient secoués par une tension extrêmement élevée. Dans de telles circonstances de "claquage diélectrique", comme lorsqu'un éclair frappe un toit, le diélectrique (le toit dans cet exemple) subit des dommages irréversibles.

Ce n'est pas le cas à l'échelle nanométrique, selon une nouvelle découverte d'Alan Hunt, professeur agrégé au Département de génie biomédical. Hunt et son équipe de recherche ont réussi à faire passer un courant électrique de manière non destructive à travers un éclat de verre, qui n'est généralement pas un chef d'orchestre.

Un article sur la recherche vient d'être publié en ligne dans Nature Nanotechnologie .

"C'est une nouveauté, phénomène physique véritablement nanométrique, " Hunt a dit. " A plus grande échelle, ça ne marche pas. Vous obtenez un chauffage et des dommages extrêmes.

"Ce qui compte, c'est à quel point la chute de tension est abrupte sur la distance du diélectrique. Lorsque vous descendez à l'échelle nanométrique et que vous rendez votre diélectrique extrêmement fin, vous pouvez réaliser la panne avec des tensions modestes que les batteries peuvent fournir. Vous ne subissez pas les dégâts parce que vous êtes à une si petite échelle que la chaleur se dissipe extraordinairement rapidement."

Ces éclats diélectriques nanométriques conducteurs sont ce que Hunt appelle des électrodes de verre liquide, fabriqué au U-M Center for Ultrafast Optical Science avec un laser femtoseconde, qui émet des impulsions lumineuses qui ne durent que des quadrillions de seconde.

Les électrodes en verre sont idéales pour une utilisation dans des dispositifs de laboratoire sur puce qui intègrent plusieurs fonctions de laboratoire sur une seule puce de quelques millimètres ou centimètres. Les appareils pourraient conduire à des tests à domicile instantanés pour les maladies, contaminants alimentaires et gaz toxiques. Mais la plupart d'entre eux ont besoin d'une source d'alimentation pour fonctionner, et en ce moment, ils s'appuient sur des fils pour acheminer cette puissance. Il est souvent difficile pour les ingénieurs d'insérer ces fils dans les minuscules machines, dit Hunt.

"La conception des dispositifs microfluidiques est contrainte en raison du problème de puissance, " Hunt a déclaré. "Mais nous pouvons usiner des électrodes directement dans l'appareil."

Au lieu d'utiliser des fils pour acheminer l'électricité, L'équipe de Hunt grave des canaux à travers lesquels le fluide ionique peut transmettre de l'électricité. Ces chaînes, 10 mille fois plus fin que le point de ce "i, " physiquement sans issue à leurs intersections avec les canaux microfluidiques ou nanofluidiques dans lesquels l'analyse est menée sur le laboratoire sur puce (ceci est important pour éviter la contamination). Mais l'électricité dans les canaux ioniques peut passer à travers le verre mince impasse sans endommager l'appareil dans le processus.

Cette découverte est le résultat d'un accident. Deux canaux d'un dispositif nanofluidique expérimental ne s'alignaient pas correctement, Hunt a dit, mais les chercheurs ont découvert que l'électricité passait à travers l'appareil.

"Nous avons été surpris par cela, car elle va à l'encontre de la pensée acceptée sur le comportement des matériaux non conducteurs, " Hunt a déclaré. " Après une étude plus approfondie, nous avons pu comprendre pourquoi cela pourrait se produire, mais seulement à l'échelle nanométrique."

Quant aux applications électroniques, Hunt a déclaré que le câblage nécessaire dans les circuits intégrés limite fondamentalement leur taille.

"Si vous pouviez utiliser le claquage diélectrique réversible pour travailler pour vous plutôt que contre vous, cela pourrait changer considérablement les choses, " a déclaré Hunt.