L'écriture laser directe 3D basée sur la polymérisation à deux photons peut être utilisée pour créer des pointes personnalisées. (a) Dessin schématique du processus d'écriture sur le cantilever en utilisant la polymérisation à deux photons. L'encart montre une image au microscope électronique à balayage de l'apex de la pointe. Pour obtenir un sommet de pointe net et défini, il a été écrit avec des paramètres optimisés (mais plus lents) afin que la surface de l'apex de la pointe soit plus lisse que le reste de la structure. Une grande variété de pointes peut être fabriquée de cette manière. (b) Pointe haute (20 microns) et fine (5 microns à la base). (c) Pointe extrêmement longue d'une hauteur de 100 microns. (d) Pointe sphérique d'un diamètre de 10 microns. (e) Pointe en forme de la célèbre montagne suisse « Matterhorn ». (f) Pointe saillante visible du haut pendant la numérisation. (g) Pointe conique rétrécie après carbonisation par pyrolyse (décomposition causée par l'exposition à des températures élevées). Crédit : Institut de technologie de Karlsruhe
La microscopie à force atomique (AFM) est une technique qui permet aux chercheurs d'analyser des surfaces à l'échelle atomique, et il est basé sur un concept étonnamment simple :une pointe acérée sur un cantilever « détecte » la topographie des échantillons.
Bien que cette technique soit utilisée avec succès depuis plus de 30 ans, et vous pouvez facilement acheter des sondes micro-usinées standard pour les expériences, les embouts de taille standard ne sont pas toujours exactement ce dont vous avez besoin. Les chercheurs souhaitent fréquemment des pointes avec un design unique—une forme de pointe de pointe spécifique ou des pointes extrêmement longues qui peuvent atteindre le fond de tranchées profondes. La préparation de pointes non standard par micro-usinage est possible, mais c'est souvent cher.
Mais maintenant, un groupe de chercheurs de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) rapporte qu'ils ont développé une méthode pour personnaliser des conseils pour des applications spécifiques via l'écriture laser directe 3D basée sur la polymérisation à deux photons qui apparaîtra sur la couverture cette semaine dans Lettres de physique appliquée .
La polymérisation à deux photons est un procédé d'impression 3D qui permet de structurer avec une résolution extrêmement élevée. Il s'agit d'utiliser un laser femtoseconde infrarouge étroitement focalisé pour exposer un matériau photorésistant durcissable à la lumière ultraviolette, qui provoque une adsorption à deux photons qui, à son tour, déclenche une réaction de polymérisation. De cette façon, les pièces librement conçues peuvent être écrites exactement à l'endroit où elles sont destinées, même des objets à l'échelle nanométrique tels que les pointes AFM sur les porte-à-faux.
« Ce concept n'est pas nouveau à l'échelle macroscopique :vous pouvez librement concevoir n'importe quelle forme avec votre ordinateur et l'imprimer en 3D, " a expliqué Hendrik Hölscher, chef du groupe technologies des sondes à balayage chez KIT. "Mais à l'échelle nanométrique, cette approche est complexe. Pour écrire nos conseils, nous avons appliqué la polymérisation à deux photons avec un montage expérimental, récemment développé au KIT, qui est maintenant disponible auprès de la start-up Nanoscribe GmbH."
Pointes avec des rayons aussi petits que 25 nanomètres—environ 3, 000 fois plus petit que le diamètre d'un cheveu humain - et des formes arbitraires peuvent être attachées à des porte-à-faux micro-usinés de forme conventionnelle, selon le groupe. Les mesures de balayage à long terme montrent de faibles taux d'usure qui démontrent la fiabilité de ces pointes. « Nous avons également pu prouver que le spectre de résonance de la sonde peut être réglé pour des applications multifréquences en ajoutant des structures de renforcement au porte-à-faux, " a déclaré Hölscher.
L'importance clé du travail du groupe est que la capacité de concevoir des pointes ou des sondes optimales ouvre la porte à des options infinies pour l'analyse d'échantillons, avec une résolution considérablement améliorée.
« L'écriture de pièces via l'impression 3D devrait devenir une grande entreprise à l'échelle macroscopique, " a-t-il dit. " Mais j'ai été surpris de voir à quel point cela fonctionne bien à l'échelle nanométrique, trop. Lorsque notre groupe a commencé avec ce projet, nous avons essayé de repousser continuellement les limites de la technologie... mais Ph.D. les étudiants Philipp-Immanuel Dietrich et Gerald Göring revenaient du laboratoire avec de nouveaux résultats positifs."
Quant aux applications futures à court terme, la polymérisation à deux photons deviendra largement disponible pour les chercheurs en nanotechnologie. « Nous attendons des autres groupes travaillant dans le domaine des méthodes de sonde à balayage qu'ils puissent profiter de notre approche dès que possible, " a noté Hölscher. " Cela peut même devenir une entreprise Internet qui vous permet de concevoir et de commander des sondes AFM via le Web. "
Le groupe va "continuer à optimiser" son approche, Holscher a dit, et l'appliquer à des projets de recherche allant de la biomimétique à l'optique et à la photonique.
