(PhysOrg.com) -- Een skyline van Chicago is al oogverblindend genoeg. Stel je nu voor 15, 000 van hen.

Een onderzoeksteam van de Northwestern University heeft precies dat gedaan -- tekening 15, 000 identieke skylines met kleine lichtbundels met behulp van een innovatieve nanofabricagetechnologie genaamd beam-pen lithography (BPL).

Details van de nieuwe methode, wat voor nanofabricage zou kunnen doen wat de desktopprinter heeft gedaan voor afdrukken en informatieoverdracht, wordt op 1 augustus gepubliceerd door het tijdschrift Natuur Nanotechnologie .

De Northwestern-technologie biedt een middel om snel en goedkoop circuits te maken en te prototypen, opto-elektronica en medische diagnostiek en belooft vele andere toepassingen in de elektronica, fotonica en life sciences industrieën.

"Het draait allemaal om miniaturisatie, " zei Chad A. Mirkin, George B. Rathmann Professor in de chemie aan het Weinberg College of Arts and Sciences en directeur van het Northwestern's International Institute for Nanotechnology. "Snelle en grootschalige overdracht van informatie drijft de wereld. Maar conventionele micro- en nanofabricagetools voor het maken van structuren zijn erg duur. We proberen daar verandering in te brengen met deze nieuwe benadering van fotolithografie en nanopatronen."

Met behulp van beam-pen lithografie, de onderzoekers patroon 15, 000 replica's van de skyline van Chicago (met de Willis Tower en het John Hancock Center) tegelijkertijd in ongeveer een half uur. Vijftienduizend kleine pennen zetten de skylines neer over vierkante centimeters ruimte. Conventionele nanopatroontechnologieën, zoals elektronenstraallithografie, sta iemand toe om vergelijkbare kleine structuren te maken, maar zijn inherent lage doorvoer en laat niemand toe om nanofabricage met een groot oppervlak te doen.

Elk skylinepatroon bestaat uit 182 stippen, met elke stip ongeveer 500 nanometer in diameter, zoals elke penpunt. De tijd van blootstelling aan licht voor elke stip was 20 seconden. Met de huidige methode kunnen onderzoekers structuren maken zo klein als 150 nanometer, maar verfijningen van de penarchitectuur zullen de resolutie waarschijnlijk verhogen tot minder dan 100 nanometer. (Hoewel niet in de krant vermeld, de onderzoekers hebben een reeks van 11 miljoen pennen gemaakt in een gebied van slechts enkele centimeters in het vierkant.)

Beam-pen-lithografie is het derde type "pen" in het nanofabricage-arsenaal van Mirkin. Hij ontwikkelde polymeer-penlithografie (PPL) in 2008 en Dip-Pen Nanolithography (DPN) in 1999, beide leveren chemische materialen aan een oppervlak en zijn sindsdien gecommercialiseerd in nanofabricagetools van onderzoekskwaliteit die nu in 23 landen over de hele wereld worden gebruikt.

Zoals PPL, beam-pen lithografie maakt gebruik van een reeks kleine pennen gemaakt van een polymeer om patronen af ​​te drukken over grote gebieden met nanoscopische tot macroscopische resolutie. Maar in plaats van een "inkt" van moleculen te gebruiken, BPL tekent patronen met licht op lichtgevoelig materiaal.

Elke pen heeft de vorm van een piramide, met de punt als punt. De onderzoekers bedekken de piramides met een heel dun laagje goud en verwijderen vervolgens een kleine hoeveelheid goud uit elke punt. De grote open toppen van de piramides (de achterkant van de array) worden blootgesteld aan licht, en de vergulde piramides leiden het licht naar de punten. Uit elke punt komt een fijne lichtstraal, waar het goud werd verwijderd, het lichtgevoelige materiaal op elk punt bloot te leggen. Hierdoor kunnen de onderzoekers patronen met grote precisie en gemak printen.

"Een ander voordeel is dat we niet alle pennen tegelijk hoeven te gebruiken - we kunnen sommige uitzetten en andere aanzetten, " zei Mirkin, die ook hoogleraar geneeskunde en hoogleraar materiaalkunde en techniek is. "Omdat de toppen van de piramides op microschaal zijn, we kunnen elke afzonderlijke tip controleren."

Beam-penlithografie zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van een soort desktopprinter voor nanofabricage, individuele onderzoekers veel controle geven over hun werk.

"Zo'n instrument zou onderzoekers aan universiteiten en in de elektronica-industrie over de hele wereld in staat stellen om snel elektronische apparaten en systemen met hoge resolutie te prototypen - en mogelijk te produceren - in het laboratorium, "Zei Mirkin. "Ze willen hun patronen onmiddellijk testen, niet hoeven te wachten op een derde partij om prototypes te produceren, dat is wat er nu gebeurt."