Des nanopoints d'oxyde de fer ont été disposés selon un motif très ordonné sans l'utilisation de gabarits. Le diamètre moyen des particules était de 25 nanomètres, avec un espacement régulier de 45 nm.
(Phys.org)—Il n'y a pratiquement aucun moment dans la vie moderne qui n'implique pas d'appareils électroniques, qu'ils vous guident vers une destination par GPS ou décident quels messages entrants méritent un bip, sonnerie ou vibration. Mais notre attente selon laquelle la prochaine saison de magasinage offrira inévitablement une mise à niveau vers des gadgets plus puissants dépend en grande partie de la taille - à savoir, la capacité de l'industrie à rétrécir les transistors afin qu'ils puissent s'adapter à des surfaces de puces de plus en plus petites.
Les ingénieurs sont à la hauteur de la miniaturisation de l'électronique depuis des décennies, et le principe selon lequel l'industrie informatique pourra le faire selon un calendrier régulier - comme codifié dans la loi de Moore - ne sera pas remis en cause de sitôt, grâce à des chercheurs comme Chuanbing Tang de l'Université de Caroline du Sud.
Tang est un leader dans la construction de structures minuscules de bas en haut, plutôt que de haut en bas. Actuellement, l'électronique moderne est principalement fabriquée par cette dernière méthode :la surface lisse d'un matériau de départ - disons, une plaquette de silicium – est gravée par micro- ou nanolithographie pour y établir un motif.
La méthode descendante peut impliquer un gabarit préfabriqué, comme un photomasque, pour établir le modèle. Mais l'approche devient de plus en plus difficile, car la réduction de la taille des fonctionnalités sur les modèles requis devient extrêmement coûteuse à mesure que les ingénieurs progressent plus loin à l'échelle nanométrique. "Passer de 500 à moins de 30 nanomètres est prohibitif pour une production à grande échelle, " dit Tang, professeur adjoint au département de chimie et de biochimie du Collège des arts et des sciences de l'USC.
Chuanbing Tang (à droite) et Christopher Hardy ont utilisé la microscopie à force atomique pour caractériser les modèles à l'échelle nanométrique qu'ils ont construits de bas en haut.
En tant que chimiste, Tang utilise une approche ascendante :il travaille avec les molécules individuelles qui vont sur une surface, en les cajolant pour qu'ils s'organisent eux-mêmes dans les modèles nécessaires. Une méthode établie pour ce faire implique des copolymères séquencés, dans lequel une chaîne polymère est constituée de deux ou plusieurs sections de différents monomères polymérisés.
Si les différentes sections de bloc sont correctement conçues, les blocs s'auto-agrégeront lorsqu'ils seront placés sur une surface, et l'agrégation peut être exploitée pour créer des modèles souhaitables à l'échelle nanométrique sans avoir besoin de modèles. Copolymères diblocs de poly(oxyde d'éthylène) et de polystyrène, par exemple, ont été utilisés pour construire des réseaux hautement ordonnés de cylindres perpendiculaires de matériaux nanométriques. Évaporation du solvant, ou recuit, de ces polymères sur les surfaces exerce un champ directionnel externe qui peut améliorer le processus de modelage et créer des réseaux presque sans défaut.
Le laboratoire de Tang vient de publier un article pour le numéro spécial "Emerging Investigators 2013" de la revue Communications chimiques qui porte cette méthode à un nouveau niveau. En collaboration avec l'étudiant diplômé Christopher Hardy, Tang a dirigé une équipe qui a fabriqué des nanoparticules de pur, oxyde de fer cristallin avec une taille et un espacement contrôlés sur des plaquettes de silicium en incorporant de manière covalente un fragment ferrocène dans un copolymère tribloc.
L'incorporation de métaux dans des conceptions à l'échelle nanométrique est cruciale pour la fabrication d'appareils électroniques, et la méthode de Tang est un pas en avant pour le domaine. Étant donné que le ferrocène est lié de manière covalente au copolymère séquencé, il n'y a pas besoin d'une étape de complexation pour ajouter un composé contenant du métal à la surface - une exigence lourde de la plupart des méthodes précédentes. De plus, leur technique est une étape au-delà des systèmes polymères apparentés qui contiennent des liaisons ferrocénylsilane covalentes, dans lequel l'élimination des composants organiques laisse de l'oxyde de silicium sous forme d'impureté dans l'oxyde métallique.
La technique est un ajout prometteur aux outils disponibles pour répondre au besoin chronique de réduire la taille des composants électroniques. "L'industrie ne remplacera pas les méthodes descendantes, " Tang a dit, "mais ils prévoient d'utiliser bientôt les méthodes ascendantes avec les méthodes descendantes existantes."
Il y a aussi de la polyvalence dans la technique. "Ici, nous utilisons un polymère contenant du ferrocène, que nous transformons en oxyde de fer inorganique. Mais si on remplace le ferrocène dans le polymère par un précurseur de carbone, nous pourrions faire une nanotige de carbone perpendiculaire, qui aurait beaucoup d'utilisations potentielles, " dit Tang. " Ou nous pouvons incorporer un polymère semi-conducteur, comme le polythiophène, ce qui serait très utile dans les applications de cellules solaires."
