Un nouveau low-cost, outil haute résolution est prêt à révolutionner la façon dont la nanotechnologie est produite à partir du bureau, selon une nouvelle étude menée par des chercheurs de la Northwestern University.

Actuellement, la plupart des nanofabrications se font dans des installations centralisées de plusieurs milliards de dollars appelées fonderies. Ceci est similaire à l'impression de documents dans des imprimeries centralisées. Envisager, cependant, comment l'imprimante de bureau a révolutionné le transfert d'informations en permettant aux individus d'imprimer des documents à moindre coût selon leurs besoins. Ce changement de paradigme est la raison pour laquelle il y a eu une ambition à l'échelle de la communauté dans le domaine des nanosciences pour créer un outil de nanofabrication de bureau.

"Avec cette percée, nous pouvons construire des matériaux et des appareils de très haute qualité, comme le traitement de semi-conducteurs sur de grandes surfaces, et on peut le faire avec un instrument un peu plus gros qu'une imprimante, " a déclaré Chad A. Mirkin, auteur principal de l'étude et pionnier de renommée mondiale dans le domaine des nanosciences.

Mirkin est professeur de chimie George B. Rathmann au Weinberg College of Arts and Sciences et professeur de médecine, génie chimique et biologique, génie biomédical et science et génie des matériaux. Il est également directeur de l'Institut international de nanotechnologie de Northwestern.

L'étude sera publiée le 19 juillet dans la revue Communication Nature .

L'outil que l'équipe de Mirkin a créé produit des dispositifs et des structures fonctionnels à l'échelle nanométrique en quelques heures, juste au point d'utilisation. C'est l'équivalent en nanofabrication d'une imprimante de bureau.

Sans nécessiter des millions de dollars en coûts d'instrumentation, l'outil est prêt à prototyper une gamme diversifiée de structures fonctionnelles, des puces génétiques aux puces à protéines en passant par la construction de modèles qui contrôlent la différenciation des cellules souches jusqu'à la fabrication de circuits électroniques.

"Au lieu d'avoir accès à des millions de dollars, dans certains cas des milliards de dollars d'instrumentation, vous pouvez commencer à construire des appareils qui nécessitent normalement ce type d'instrumentation directement au point d'utilisation, " a déclaré Mirkin.

L'article détaille les progrès réalisés par l'équipe de Mirkin dans la nanofabrication de bureau basée sur des matrices de stylos de lithographie par faisceau et stylo (BPL) faciles à fabriquer, des structures constituées d'un réseau de pyramides polymères, chacun recouvert d'une couche opaque avec une ouverture de 100 nanomètres à la pointe. À l'aide d'un appareil numérique à micromiroir, le composant fonctionnel d'un projecteur, un seul faisceau lumineux est divisé en milliers de faisceaux individuels, chacun est canalisé à l'arrière de différents stylos pyramidaux à l'intérieur du réseau et à travers les ouvertures à la pointe de chaque stylo.

L'outil de nanofabrication permet de traiter rapidement des substrats revêtus de matériaux photosensibles appelés résists et de générer des structures qui couvrent le macro-, micro et nano-échelles, le tout en une seule expérience.

Les principaux progrès réalisés par l'équipe de Mirkin comprennent le développement du matériel, écrire le logiciel pour coordonner la direction de la lumière sur le réseau de stylos et construire un système pour que toutes les pièces de cet instrument fonctionnent ensemble en synchronie. Cette approche permet à chaque stylo d'écrire un motif unique et à ces motifs d'être cousus ensemble dans des dispositifs fonctionnels.

"Il n'est pas nécessaire de créer un masque ou une plaque maîtresse à chaque fois que vous souhaitez créer une nouvelle structure, " a déclaré Mirkin. " Vous assignez simplement les faisceaux de lumière à différents endroits et dites aux stylos quel motif vous voulez générer. "

Parce que les matériaux utilisés pour fabriquer l'outil de nanofabrication de bureau sont facilement accessibles, la commercialisation peut n'être que dans deux ans, dit Mirkin. En attendant, son équipe travaille sur la construction de plus d'appareils et de prototypes.

Dans le journal, Mirkin explique comment son laboratoire a produit une carte du monde, avec une résolution à l'échelle nanométrique suffisamment grande pour être vue à l'œil nu, un exploit jamais réalisé auparavant avec un instrument à sonde à balayage. Non seulement que, mais un examen plus approfondi au microscope révèle que cette image est en fait une mosaïque de formules chimiques individuelles composées de points à l'échelle nanométrique. La réalisation de ce motif met en valeur la capacité de l'instrument à écrire simultanément des motifs à l'échelle centimétrique avec une résolution à l'échelle nanométrique.

Les Communication Nature L'article s'intitule "Nanofabrication de bureau avec lithographie à faisceaux massivement multiplexés". En plus de Mirkin, les autres auteurs sont Xing Liao, Keith A. Brown, Abrin L. Schmucker, Guoliang Liu et Shu He, tous de l'Université Northwestern.