De fabricage van vele objecten, machines, en apparaten om ons heen vertrouwen op de gecontroleerde vervorming van metalen door industriële processen zoals buigen, scheren, en stempelen. Is deze technologie overdraagbaar naar nanoschaal? Kunnen we vergelijkbare complexe apparaten en machines bouwen met zeer kleine afmetingen?

Wetenschappers van de Aalto University in Finland en de University of Washington in de VS hebben zojuist aangetoond dat dit mogelijk is. Door ionenverwerking en nanolithografie te combineren, zijn ze erin geslaagd om complexe driedimensionale structuren op nanoschaal te creëren.

De ontdekking volgt uit een zoektocht naar het begrijpen van de onregelmatige vouwing van dunne metalen films nadat ze zijn verwerkt door reactief ionenetsen.

"We stonden versteld van de sterk van de breedte afhankelijke krommingen in de metalen stroken. Meestal krullen in eerste instantie gespannen dubbellaagse metalen niet op deze manier op, " legt Khattiya Chalapat van de Aalto University uit.

De puzzel begon te ontrafelen toen Chalapat merkte, samen met dr. Hua Jiang, dat de Ti-piek afwezig was in de EDX-spectra van gevouwen Ti/Al-dubbellagen.

Verdere experimenten bij de O.V. Lounasmaa Laboratory bevestigde dat de strips naar boven buigen met sterke breedteafhankelijke krommingen als de onderste laag van de strips reactiever wordt gemaakt voor ionen dan het bovenoppervlak.

In de natuur, soortgelijke geometrische effecten vinden plaats in zelforganisatie die direct waarneembaar is voor het menselijk oog. Als paardebloembloemen bloeien, men kan proberen de bloemstengel in kleine reepjes te snijden; leg ze in het water, en de stroken zullen vouwen met waarneembare breedteafhankelijke krommingen als gevolg van verschillen in de wateropname tussen de binnen- en buitendelen van de stengel.

"Ons idee was om een ​​manier te vinden om deze natuurlijke processen aan te passen aan nanofabricage. Dit leidde ons tot een incidentele bevinding dat een gefocusseerde ionenstraal lokaal buiging kan veroorzaken met een resolutie op nanoschaal."

De technologie heeft verschillende toepassingen bij de fabricage van apparaten op nanoschaal. De constructies zijn verrassend veerkrachtig:het team vond ze behoorlijk stevig en robuust onder verschillende ongunstige omstandigheden, zoals elektrostatische ontlading en verwarming.

"Omdat de structuren zo klein zijn, de koppeling en de grootte van typische nanoschaalkrachten die erop inwerken, zouden evenredig klein zijn, " herinnert Docent Sorin Paraoanu eraan, de leider van de Kvantti-onderzoeksgroep, Aalto-universiteit.

"Wat de toepassingen betreft, we hebben tot nu toe aangetoond dat deze structuren deeltjes met afmetingen in de orde van een micrometer kunnen vangen en vasthouden. Echter, we geloven dat we nog maar het topje van de ijsberg bekrassen:een alomvattende theorie van ion-ondersteunde zelfassemblageprocessen moet nog worden bereikt, " merkt Paraoanu op.

Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in de Early View-editie van Geavanceerde materialen .