Les chercheurs de Georgia Tech ont créé la "Mini Lisa" sur une surface de substrat d'environ 30 microns de largeur. L'image montre une technique qui pourrait potentiellement être utilisée pour réaliser la nano-fabrication d'appareils, car l'équipe a pu faire varier la concentration de surface des molécules sur des échelles de longueur aussi courtes. Crédit : Institut de technologie de Géorgie
Le tableau le plus célèbre du monde a maintenant été créé sur la plus petite toile du monde. Des chercheurs du Georgia Institute of Technology ont « peint » la Joconde sur une surface de substrat d'environ 30 microns de largeur, soit un tiers de la largeur d'un cheveu humain. La création de l'équipe, la "Mini Lisa, " démontre une technique qui pourrait potentiellement être utilisée pour réaliser la nanofabrication de dispositifs, car l'équipe a pu faire varier la concentration en surface des molécules sur des échelles de longueur aussi courtes.
L'image a été créée avec un microscope à force atomique et un processus appelé ThermoChemical NanoLithography (TCNL). Aller pixel par pixel, l'équipe de Georgia Tech a positionné un porte-à-faux chauffé à la surface du substrat pour créer une série de réactions chimiques confinées à l'échelle nanométrique. En faisant varier uniquement la chaleur à chaque endroit, doctorat Le candidat Keith Carroll contrôlait le nombre de nouvelles molécules créées. Plus la chaleur est grande, plus la concentration locale est grande. Plus de chaleur a produit les nuances de gris plus claires, comme on le voit sur le front et les mains de la Mini Lisa. Moins de chaleur a produit les nuances plus foncées de sa robe et de ses cheveux lorsque la toile moléculaire est visualisée à l'aide d'un colorant fluorescent. Chaque pixel est espacé de 125 nanomètres.
"En réglant la température, notre équipe a manipulé des réactions chimiques pour produire des variations des concentrations moléculaires à l'échelle nanométrique, " a déclaré Jennifer Curtis, professeur agrégé à l'École de physique et auteur principal de l'étude. "Le confinement spatial de ces réactions fournit la précision requise pour générer des images chimiques complexes comme la Mini Lisa."
Cette image montre un microscope à force atomique (AFM) modifié avec un cantilever thermique. Le scanner AFM permet un positionnement précis à l'échelle nanométrique tandis que le cantilever thermique induit des réactions chimiques locales à l'échelle nanométrique. Crédit : Institut de technologie de Géorgie
La production de gradients de concentration chimique et de variations à l'échelle submicrométrique est difficile à réaliser avec d'autres techniques, malgré un large éventail d'applications que le procédé pourrait permettre. La collaboration de recherche Georgia Tech TCNL, qui comprend la professeure agrégée Elisa Riedo et le professeur Regents Seth Marder, produit des gradients chimiques de groupes amine, mais s'attend à ce que le processus puisse être étendu pour une utilisation avec d'autres matériaux.
« Nous prévoyons que TCNL sera capable de modéliser des gradients d'autres propriétés physiques ou chimiques, comme la conductivité du graphène, " a déclaré Curtis. " Cette technique devrait permettre un large éventail d'expériences et d'applications auparavant inaccessibles dans des domaines aussi divers que la nanoélectronique, optoélectronique et bio-ingénierie."
Un autre avantage, selon Curtis, est que les microscopes à force atomique sont assez courants et que le contrôle thermique est relativement simple, rendre la démarche accessible aux laboratoires académiques et industriels. Pour faciliter leur vision des dispositifs de nano-fabrication avec TCNL, l'équipe de Georgia Tech a récemment intégré des nanoarrays de cinq cantilevers thermiques pour accélérer le rythme de production. Parce que la technique fournit des résolutions spatiales élevées à une vitesse plus rapide que les autres méthodes existantes, même avec un seul porte-à-faux, Curtis espère que TCNL offrira l'option d'impression à l'échelle nanométrique intégrée à la fabrication de grandes quantités de surfaces ou de matériaux de tous les jours dont les dimensions sont plus d'un milliard de fois plus grandes que les caractéristiques TCNL elles-mêmes.
La Joconde, avec représentation de la température qui doit être appliquée à chaque position sur la surface pour obtenir le résultat final approprié. La modélisation aide à déterminer les températures à utiliser pendant le processus TCNL. Crédit : Institut de technologie de Géorgie
Le papier, Fabrication de gradients chimiques à l'échelle nanométrique avec la nanolithographie thermochimique, est publié en ligne par la revue Langmuir .
