Costruire con le nanoparticelle, dal basso verso l’alto

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Farnaz Niroui (a destra) e Spencer Zhu, studente laureato presso il MIT, nel loro laboratorio in una camera bianca presso l'edificio MIT.nano. Foto M. Scott Brauer

I ricercatori del MIT hanno sviluppato una tecnica per controllare con precisione la disposizione e il posizionamento di nanoparticelle su un materiale, come il silicio utilizzato per i chip dei computer, in modo da non danneggiare o contaminare la superficie del materiale.

La tecnica, che combina la chimica e i processi di assemblaggio diretto con le tecniche di fabbricazione convenzionali, consente di formare in modo efficiente elementi in scala nanometrica ad alta risoluzione integrati con nanoparticelle per dispositivi come sensori, laser e LED, che potrebbero aumentare le loro prestazioni.

Un modo più preciso per assemblare dispositivi su scala nanometrica è quello di procedere dal basso verso l’alto

L’hanno sviluppata i ricercatori del MIT di Boston in Massachusetts, sfruttando le forze che esistono su scala nanometrica, per disporre in modo efficiente le particelle in uno schema desiderato e poi trasferirle su una superficie senza sostanze chimiche o pressioni elevate e a temperature più basse.

Poiché il materiale di superficie rimane incontaminato, queste strutture su scala nanometrica possono essere incorporate in componenti per dispositivi elettronici e ottici, dove anche minuscole imperfezioni possono ostacolare le prestazioni.

«Attraverso l’ingegneria delle forze, questo approccio consente di posizionare le nanoparticelle, nonostante le loro dimensioni molto ridotte, in disposizioni deterministiche con risoluzione di una singola particella e su superfici diverse, per creare librerie di blocchi costitutivi su scala nanometrica che possono avere proprietà avanzate. Integrando questi elementi costitutivi con altre nanostrutture e materiali, possiamo quindi realizzare dispositivi con funzionalità uniche che non sarebbero facilmente realizzabili se dovessimo utilizzare solo le convenzionali strategie di fabbricazione top-down» afferma Farnaz Niroui, EE Landsman Career Development Assistant Professor di Ingegneria Elettrica e Informatica (EECS) al MIT, membro del MIT Research Laboratory of Electronics e autore senior del documento che descrive il lavoro.

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Queste immagini mostrano nanoparticelle (punti colorati) che sono state disposte con precisione su diverse superfici, utilizzando la tecnica sviluppata da Niroui e dai suoi collaboratori. Il loro metodo è così preciso che le particelle possono essere disposte in forme arbitrarie, come singole lettere che scrivono “MIT NANO”, e poi trasferite su superfici con un’elevata precisione di posizione, come si vede qui. (Foto per gentile concessione dei ricercatori)

Il team ha usato questa tecnica per disporre le nanoparticelle in forme arbitrarie, come le lettere dell’alfabeto, e poi le ha trasferite sul silicio con una precisione di posizione molto elevata.

Il metodo funziona anche con nanoparticelle di altre forme, come le sfere, e con diversi tipi di materiali, inoltre può trasferire facilmente le nanoparticelle su superfici diverse, come l’oro o anche substrati flessibili, per strutture e dispositivi elettrici e ottici di prossima generazione.

L’approccio è adattabile e può essere usato per la fabbricazione di dispositivi del mondo reale.

I ricercatori stanno ora lavorando per sfruttare questo metodo per creare strutture ancora più complesse e integrarlo con altri materiali su scala nanometrica per sviluppare nuovi tipi di dispositivi elettronici e ottici.