(PhysOrg.com) -- Des scientifiques de l'Université de Pennsylvanie, l'Université du Wisconsin-Madison et IBM Research - Zurich ont fabriqué une pointe en carbure de silicium ultra-tranchante possédant une résistance si élevée qu'elle est des milliers de fois plus résistante à l'usure à l'échelle nanométrique que les conceptions précédentes. La nouvelle astuce, qui est 100, 000 fois plus petit que la pointe d'un crayon, représente une étape importante vers la nanofabrication pour les applications, y compris les biocapteurs pour les soins de santé et l'environnement.

La recherche de matériaux durs pour prolonger la durée de vie des outils tranchants est un problème séculaire qui a commencé avec les premiers burins utilisés dans la sculpture sur pierre. Finalement, le fer a été découvert et les outils en acier ont révolutionné l'époque. Aujourd'hui, le défi reste le même, mais à une échelle beaucoup plus petite - le besoin d'une pointe nanométrique qui soit à la fois ultra-tranchante, mais toujours physiquement robuste, en particulier sous des températures extrêmes et des environnements chimiques difficiles.

"Le matériau de pointe de rêve pour la nanofabrication thermomécanique doit avoir une dureté élevée, stabilité de la température, inertie chimique, et une conductivité thermique élevée, " a déclaré le Dr Mark Lantz, responsable de la recherche en stockage chez IBM Research - Zurich. "Avec cette nouvelle astuce, nous continuons à concrétiser la vision d'IBM d'une monde instrumenté avec des capteurs microscopiques surveillant tout, de la pollution de l'eau aux soins aux patients."

Prolongeant leur précédente collaboration fructueuse, scientifiques de l'Université de Pennsylvanie, l'Université du Wisconsin-Madison et IBM Research - Zurich ont développé un nouveau pointe nanométrique résistante qui s'use à raison de moins d'un atome par millimètre de glissement sur un substrat de dioxyde de silicium. C'est beaucoup plus faible que le taux d'usure des pointes en silicium conventionnelles et sa dureté est 100 fois supérieure à celle des pointes en carbone de type diamant dopé à l'oxyde de silicium, à la pointe de la technologie, développées par la même collaboration l'année dernière.

« Par rapport à nos précédents travaux sur le silicium, la nouvelle pointe en carbure peut glisser sur une surface en dioxyde de silicium d'environ 10, 000 fois plus loin avant d'atteindre le même volume d'usure et 300 fois plus loin que notre précédente pointe en carbone de type diamant. Il s'agit d'une réalisation importante qui rendra la nanofabrication à la fois pratique et abordable, " a déclaré le professeur Robert W. Carpick, Université de Pennsylvanie.

Pour créer le nouveau conseil, les scientifiques ont développé un processus par lequel les surfaces des pointes de silicium nanométriques sont exposées à des ions carbone, puis recuites de sorte qu'une solide couche de carbure de silicium se forme, mais la netteté à l'échelle nanométrique de la pointe en silicium d'origine est conservée. Bien que le carbure de silicium soit connu depuis longtemps comme un matériau candidat idéal pour de telles pointes, le processus unique d'implantation et de recuit de carbone a permis de durcir la surface tout en conservant la forme d'origine et en assurant une forte adhérence entre la surface durcie de la pointe et le matériau sous-jacent, de la même manière que l'acier est trempé pour le rendre plus dur.

Composé principalement de carbone et de silicium, la pointe est affûtée en un sommet de taille nanométrique et intégrée à l'extrémité d'un microcantilever en silicium pour une utilisation en microscopie à force atomique. L'importance du développement réside non seulement dans sa capacité à conserver le tranchant de la pointe et sa résistance à l'usure, mais aussi dans son endurance au glissement contre un substrat dur tel que le dioxyde de silicium. Parce que le silicium - utilisé dans presque tous les circuits intégrés - s'oxyde dans l'atmosphère, former une fine couche de son oxyde, ce système est parmi les plus pertinents pour les applications émergentes dans les applications de nanolithographie et de nanofabrication.

Plus précisement, les scientifiques espèrent que la nouvelle pointe pourra être utilisée pour fabriquer des biocapteurs, par exemple pour gérer la glycémie chez les patients diabétiques ou surveiller les niveaux de pollution de l'eau.

Les technologies basées sur les sondes devraient jouer un rôle prédominant dans nombre de ces technologies. Cependant, mauvaise performance d'usure des matériaux de pointe utilisés jusqu'à présent, surtout lorsqu'il est glissé contre l'oxyde de silicium, ont auparavant limité leur utilité pour des applications expérimentales.

La prochaine étape pour les scientifiques est de commencer à tester la nouvelle pointe pour une utilisation dans des applications, à commencer par la nanofabrication.

L'étude, publié aujourd'hui dans la revue à comité de lecture Matériaux fonctionnels avancés , a été menée en collaboration par le Dr Mark A. Lantz et le Dr Bernd Gotsmann, Recherche IBM - Zurich ; Tevis D. B. Jacobs, Dr Papot Jaroenapibal, le professeur Robert W. Carpick, Université de Pennsylvanie; et Sean D. O'Connor et le professeur Kumar Sridharan, Université du Wisconsin.