3 Minuty
Fizycy z Uniwersytetu Loughborough stworzyli to, co określają mianem „najmniejszych skrzypiec świata” — mikrostrukturę z platyny tak drobną, że mieści się na pojedynczym ludzkim włosie. Ten miniaturowy instrument opracowano, by zweryfikować nowe możliwości systemu nanolitografii, prezentując dokładność wykonania, która może zrewolucjonizować rozwój przyszłych urządzeń do przechowywania danych i systemów komputerowych.
Mikroskopijne rzemiosło i znaczenie rozmiaru
Platerowane skrzypce mierzą zaledwie około 35 mikrometrów długości i 13 mikrometrów szerokości. Dla porównania, średnica ludzkiego włosa wynosi od 17 do 180 mikrometrów, a organizmy takie jak niesporczaki mają od 50 do 1200 mikrometrów długości. Miniaturowy instrument nie nadaje się do grania — stanowi za to bardzo precyzyjny wzorzec testowy, stworzony by sprawdzić granice możliwości nowoczesnych narzędzi do wytwarzania struktur w skali nano.
Fotografie przedstawiające strukturę tuż obok ludzkiego włosa wykonano za pomocą cyfrowego mikroskopu Keyence VHX-7000N, co pozwoliło uwidocznić faktyczną skalę projektu. Profesor Kelly Morrison, kierująca Katedrą Fizyki, podkreśla, że budowa miniaturowych skrzypiec to coś więcej niż kolejna ciekawostka — to praktyczne doświadczenie, które umożliwiło zespołowi udoskonalenie technik oraz procesów, teraz wykorzystywanych w badaniach stosowanych.
Jak NanoFrazor rzeźbi w skali nano
Sercem laboratorium jest system NanoFrazor produkcji Heidelberg Instruments — narzędzie do nanorysowania wykorzystujące termiczną litografię skaningową. Rozgrzana, igłowa końcówka wyżłabia wzorcowy kształt poprzez miejscowe zmiany na powierzchni materiału, pozwalając osiągnąć precyzję sięgającą nanometrów. Cała aparatura pracuje w szczelnej komorze z rękawicami, aby uniknąć zanieczyszczenia pyłem czy wilgocią.
Stworzenie skrzypiec polegało na pokryciu układu dwiema warstwami fotooporu, następnie wypaleniu odpowiedniego wzoru w górnej warstwie za pomocą NanoFrazora. Po rozpuszczeniu dolnego oporu i odsłonięciu wnęki, inżynierowie osadzili cienką warstwę platyny, a pozostałości fotooporu usunięto acetonem. Poszczególny cykl produkcyjny zajmuje około trzech godzin, lecz opracowanie powtarzalnej, niezawodnej metody trwało wiele miesięcy ciągłego udoskonalania.
Od artystycznych wzorów do zastosowań praktycznych
Za efektownym pokazem możliwości kryją się badania, które wykorzystują platformę nanolitograficzną do rozwijania zaawansowanych metod przechowywania i przetwarzania informacji. Jeden z projektów prowadzonych przez dr Naëmi Leo dotyczy sterowania przepływem ciepła dla zwiększenia wydajności przechowywania i obróbki danych. Połączenie materiałów magnetycznych i elektrycznych z nanocząstkami, które przekształcają światło w ciepło skupione lokalnie, pozwala uzyskać gradienty temperatur umożliwiające szybsze przełączanie lub odczyt informacji.
Kolejnym kierunkiem badań, którego liderem jest dr Fasil Dejene, są materiały kwantowe jako potencjalni następcy klasycznych bitów magnetycznych. Wraz ze zmniejszaniem się elementów pamięci coraz trudniej zachować stabilność magnetyczną, a materiały kwantowe mogą otworzyć drogę do miniaturyzacji oraz stworzenia szybszych, bardziej wytrzymałych architektur pamięci — powiązanych m.in. z neuromorficznym, inspirowanym mózgiem przetwarzaniem.
Podsumowanie
Miniaturowe skrzypce z platyny to coś więcej niż wyszukana ciekawostka — to namacalny dowód precyzji i wszechstronności współczesnej nanolitografii oraz platformy NanoFrazor. Udoskonalając metody produkcji w tej skali, badacze otwierają sobie drogę do eksperymentów z przełączaniem wspomaganym ciepłem, prototypowaniem materiałów kwantowych i opracowywaniem nowatorskich koncepcji pamięci, które mogą w przyszłości zrewolucjonizować dyski twarde i inne zaawansowane urządzenia elektroniczne.
Źródło: lboro.ac
Komentarze