Un estudiante graduado de la Universidad de Texas en Dallas, su asesor y colaboradores de la industria creen que han abordado un problema de larga data que preocupa a los científicos e ingenieros durante más de 35 años: cómo evitar que la punta de un microscopio de túnel se estrelle en la superficiede un material durante la imagen o la litografía.
Los detalles de la solución del grupo aparecieron en la edición de enero de la revista Revisión de instrumentos científicos publicado por el Instituto Americano de Física.
Los microscopios de túnel de escaneo STM funcionan en un vacío ultra alto, llevando una sonda de punta fina con un solo átomo en su ápice muy cerca de la superficie de una muestra. Cuando se aplica voltaje a la superficie, los electrones pueden saltar otúnel a través del espacio entre la punta y la muestra.
"Piense en ello como una aguja muy afilada, atómicamente afilada", dijo Farid Tajaddodianfar, un estudiante graduado de ingeniería mecánica en la Escuela de Ingeniería y Ciencias de la Computación Erik Jonsson. "El microscopio es como un brazo robótico, capaz de alcanzarátomos en la superficie de la muestra y manipularlos "
El problema es que, a veces, la punta de tungsteno choca contra la muestra. Si toca físicamente la superficie de la muestra, puede reorganizar los átomos inadvertidamente o crear un "cráter", lo que podría dañar la muestra.operadores para reemplazar la punta muchas veces, perdiendo un tiempo valioso.
El Dr. John Randall es profesor adjunto en UT Dallas y presidente de Zyvex Labs, una empresa de nanotecnología con sede en Richardson, Texas, especializada en el desarrollo de herramientas y productos que fabrican estructuras átomo por átomo. Zyvex contactó al Dr. Reza Moheimani, unprofesor de ingeniería mecánica, para ayudar a abordar el problema de caída de punta de STM. La silla dotada de Moheimani fue un regalo del fundador de Zyvex, James Von Ehr MS'81, quien fue honrado como un ex alumno distinguido de UTD en 2004.
"Lo que intentan hacer es ayudar a hacer realidad la fabricación atómicamente precisa", dijo Randall, coautor del artículo con James Owen de Tajaddodianfar, Moheimani y Zyvex Labs. "Esto se considera el futuro de la nanotecnología, yes un trabajo extremadamente importante ". Randall dijo que una fabricación tan precisa conducirá a una serie de innovaciones.
"Al construir estructuras átomo a átomo, puedes crear materiales nuevos y extraordinarios", dijo Randall, quien es copresidente del Comité de Participación de la Industria de la Escuela Jonsson. "Podemos eliminar las impurezas y hacer que los materiales sean más fuertes y más calientesresistente. Podemos construir computadoras cuánticas. Podría reducir radicalmente los costos y ampliar las capacidades en medicina y otras áreas. Por ejemplo, si podemos comprender mejor el ADN a nivel atómico y molecular, eso nos ayudará a ajustar y adaptar la atención médica de acuerdo cona las necesidades de los pacientes. Las posibilidades son infinitas "
Además, Moheimani, ingeniero de control y experto en nanotecnología, dijo que los científicos están intentando construir transistores y computadoras cuánticas a partir de un solo átomo utilizando esta tecnología.
"Hay una carrera internacional para construir máquinas, dispositivos y equipos tridimensionales desde el átomo hacia arriba", dijo Moheimani, la distinguida Cátedra James Von Ehr en Ciencia y Tecnología.
'Es un gran, gran problema'
Randall dijo que Zyvex Labs ha gastado mucho tiempo y dinero tratando de entender qué sucede con los consejos cuando se estrellan.
"Es un gran, gran problema", dijo Randall. "Si no puede proteger la punta, no va a construir nada. Está perdiendo el tiempo".
Tajaddodianfar y Moheimani dijeron que el problema es el controlador.
"Hay un controlador de retroalimentación en el STM que mide la corriente y mueve la aguja hacia arriba y hacia abajo", dijo Moheimani. "Se está moviendo de un átomo a otro, a través de una superficie irregular. No es plano. Debido a eso, la distancia entre la muestra y la punta cambia, al igual que la corriente entre ellas. Mientras el controlador intenta mover la punta hacia arriba y hacia abajo para mantener la corriente, no siempre responde bien, ni regula la punta correctamente.el movimiento de la punta a menudo es inestable "
Tajaddodianfar dijo que es el controlador de retroalimentación el que no protege la punta de chocar contra la superficie.
"Cuando las propiedades electrónicas son variables a través de la superficie de la muestra, la punta es más propensa a chocar bajo los sistemas de control convencionales", dijo. "Está destinado a ser muy, muy afilado. Pero cuando la punta choca contra la muestra,se rompe, se enrolla hacia atrás y se aplana.
"Una vez que la punta se estrella contra la superficie, olvídalo. Todo cambia"
La solución
Según Randall, Tajaddodianfar tomó medidas lógicas para crear la solución.
"La brillantez de Tajaddodianfar es que observó el problema y entendió la física del túnel entre la punta y la superficie, que hay una pequeña barrera electrónica que controla la velocidad del túnel", dijo Randall ".una forma de medir la altura de la barrera local y ajustar la ganancia en el sistema de control que, de manera demostrable, mantiene la punta fuera de problemas. Sin ella, la punta simplemente golpea, chocando contra la superficie. Ahora, se ajusta a los parámetros de control sobre la marcha"
Moheimani dijo que el grupo espera cambiar su trayectoria cuando se trata de construir nuevos dispositivos.
"Eso es lo siguiente para nosotros. Nos propusimos encontrar la fuente de este problema, y lo hicimos. Y, hemos encontrado una solución. Es como todo lo demás en ciencia: el tiempo dirá cuán impactante es nuestroel trabajo será ", dijo Moheimani." Pero creo que hemos resuelto el gran problema ".
Randall dijo que el algoritmo de Tajaddodianfar se ha integrado con el software de su sistema, pero aún no está disponible para los clientes. La investigación fue posible gracias al financiamiento de la Oficina de Investigación del Ejército y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Texas en Dallas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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