La capacité de reproduire des matériaux au niveau atomique a attiré une attention considérable de la part des scientifiques des matériaux. Cependant, la technologie actuelle est limitée par un certain nombre de facteurs. Udo Schwarz, professeur de génie mécanique et science des matériaux et directeur de département, a récemment publié deux articles sur la recherche qui pourraient considérablement ouvrir ce qui est possible dans ce domaine émergent. Ses méthodes incluent un processus qui peut reproduire les caractéristiques d'une surface à des détails de moins d'un 10 milliardième de mètre, ou moins 1/20e du diamètre d'un atome.

Les surfaces nanostructurées et nanostructurées font partie intégrante de nombreuses applications nanotechnologiques. Simple d'utilisation et économique, la méthode de nanoimpression a un grand potentiel pour des applications telles que le stockage de données à haute densité, appareils photoniques, hologrammes, puces bio-nanofluidiques, filtration de l'eau, et des électrodes dans les piles à combustible. Cependant, la précision de la réplication est limitée dans la plupart des matériaux en raison des structures atomiques de ces matériaux.

Dans APL Matériaux, Schwarz montre qu'en travaillant avec des verres métalliques, il n'y a pratiquement aucune limite à la précision que vous pouvez avoir lors de la réplication d'entités de surface. En réalité, le niveau de précision atteint le niveau subatomique. La clé est la structure atomique des matériaux. Contrairement aux matériaux cristallins, qui ont des atomes qui sont spécifiquement arrangés, les atomes dans les verres sont arrangés sans principes d'ordre périodique restrictifs.

"Les cristaux veulent toujours mettre des atomes à des endroits précis, et si votre moule ne correspond pas à cela, Vous n'avez pas de chance, " a déclaré Schwarz.

Mais les verres métalliques n'ont pas d'atomes aussi rigides, leur permettant de s'adapter là où ils sont nécessaires. En chauffant le verre, les chercheurs ont réussi à affaiblir la cohésion interne du matériau juste assez pour permettre aux atomes de se déplacer de la manière nécessaire avec une précision presque parfaite.

"Pour la première fois, nous avons démontré que toute structure que vous avez, vous pouvez le reproduire - le verre métallique s'y conformera correctement, " dit-il. " Vous pouvez le faire avec pratiquement aucune limite de précision. "

Cela signifie qu'ils peuvent fournir une plate-forme idéale pour faire avancer la recherche dans l'étude fondamentale de la structure, déformation, et les transitions de phase des verres ainsi que de nouvelles applications dans des domaines qui utilisent la fonctionnalisation de surface par topographie.

Co-auteurs de la Matériaux APL papier, que la revue promeut en tant qu'« article vedette, " sont Chao Zhou, Amit Datye, Zheng Chen, Georg H. Simon, Xinzhe Wang, et Jan Schroers.

Dans un deuxième article, dans ACS Applied Materials and Interfaces, Schwarz s'intéresse également à la nanofabrication de verres métalliques en vrac, mais avec une approche différente.

Pour cette étude, qui a reçu une désignation "Editor's Choice" par la revue, Schwarz a développé une méthode basée sur la pulvérisation cathodique magnétron. En pulvérisation cathodique magnéton, ions de gaz, généralement l'argon, frappent une "cible" et éjectent des atomes cibles dans le processus. Les atomes éjectés traversent ensuite le vide pour finalement atteindre un substrat sur lequel ils forment un film. En raison de la large gamme d'alliages pouvant être utilisés comme cibles et des grandes surfaces de substrat pouvant être couvertes, la méthode offre aux chercheurs une grande boîte à outils pour sélectionner une chimie de surface souhaitée tout en étant extrêmement polyvalente en termes de taille, forme, et la nature du motif de surface et des moules utilisables. Schwarz a déclaré qu'il pourrait effectivement élever la réplication à l'échelle atomique d'une « curiosité scientifique » à un outil de nanofabrication largement utilisé.

Au cours du processus de réplication, le haut degré de précision est basé en partie sur la technique de pulvérisation cathodique, mais aussi de manière décisive sur le fait que les alliages cibles utilisés pour pulvériser les films ne cristallisent pas. À cause de ce, il n'y a pas de limitations dimensionnelles des films qui tentent d'établir l'ordre cristallin.

« Cela montre que nous pouvons reproduire des structures de surface jusqu'au sous-angström [moins d'un 10 milliardième de mètre] à grande échelle, et que cela peut ouvrir la voie à une utilisation à grande échelle de ces matériaux pour la production de pièces réelles et à des prix abordables, " il a dit.

Étant donné que seules de rares quantités de matériel sont nécessaires, la nouvelle approche est économique. Il est également applicable à une vaste gamme d'alliages, flexible dans le type de moules qu'il peut reproduire, et peut facilement être agrandi. Les applications potentielles de cette nouvelle approche incluent le développement de nanofils et de nanotubes pour des applications nanoélectroniques.