Het beroemdste schilderij ter wereld is nu gemaakt op het kleinste canvas ter wereld. Onderzoekers van het Georgia Institute of Technology hebben de Mona Lisa "geschilderd" op een substraatoppervlak van ongeveer 30 micron breed - of een derde van de breedte van een mensenhaar. De creatie van het team, de "Mini Lisa, " demonstreert een techniek die mogelijk kan worden gebruikt om nanofabricage van apparaten te bereiken, omdat het team in staat was om de oppervlakteconcentratie van moleculen op zulke korte schalen te variëren.

Het beeld is gemaakt met een atoomkrachtmicroscoop en een proces genaamd ThermoChemical NanoLithography (TCNL). Pixel voor pixel gaan, het Georgia Tech-team plaatste een verwarmde cantilever op het substraatoppervlak om een ​​reeks beperkte chemische reacties op nanoschaal te creëren. Door alleen de warmte op elke locatie te variëren, doctoraat Kandidaat Keith Carroll controleerde het aantal nieuwe moleculen dat werd gemaakt. Hoe groter de hitte, hoe groter de lokale concentratie. Meer warmte produceerde de lichtere grijstinten, zoals te zien op het voorhoofd en de handen van de Mini Lisa. Minder hitte produceerde de donkere tinten in haar jurk en haar die te zien zijn wanneer het moleculaire canvas wordt gevisualiseerd met behulp van fluorescerende kleurstof. Elke pixel heeft een onderlinge afstand van 125 nanometer.

"Door de temperatuur af te stemmen, ons team manipuleerde chemische reacties om variaties in de moleculaire concentraties op nanoschaal op te leveren, " zei Jennifer Curtis, een universitair hoofddocent aan de School of Physics en de hoofdauteur van de studie. "De ruimtelijke opsluiting van deze reacties biedt de precisie die nodig is om complexe chemische beelden zoals de Mini Lisa te genereren."

De productie van chemische concentratiegradiënten en variaties op de submicrometerschaal zijn moeilijk te bereiken met andere technieken, ondanks een breed scala aan toepassingen kon het proces dit mogelijk maken. De onderzoekssamenwerking van Georgia Tech TCNL, waaronder universitair hoofddocent Elisa Riedo en regenten professor Seth Marder, produceerde chemische gradiënten van aminegroepen, maar verwacht dat het proces kan worden uitgebreid voor gebruik met andere materialen.

"We stellen ons voor dat TCNL in staat zal zijn om gradiënten van andere fysische of chemische eigenschappen te modelleren, zoals geleidbaarheid van grafeen, "Zei Curtis. "Deze techniek zou een breed scala aan voorheen ontoegankelijke experimenten en toepassingen mogelijk moeten maken op gebieden die zo divers zijn als nano-elektronica, opto-elektronica en bio-engineering."

Een ander voordeel, volgens Curtis, is dat atoomkrachtmicroscopen vrij algemeen zijn en dat de thermische controle relatief eenvoudig is, de aanpak toegankelijk maken voor zowel academische als industriële laboratoria. Om hun visie op nano-fabricage-apparaten met TCNL te vergemakkelijken, het Georgia Tech-team heeft onlangs nano-arrays van vijf thermische cantilevers geïntegreerd om het productietempo te versnellen. Omdat de techniek hoge ruimtelijke resoluties biedt met een hogere snelheid dan andere bestaande methoden, zelfs met een enkele cantilever, Curtis hoopt dat TCNL de mogelijkheid zal bieden om op nanoschaal te printen, geïntegreerd met de fabricage van grote hoeveelheden oppervlakken of alledaagse materialen waarvan de afmetingen meer dan een miljard keer groter zijn dan de TCNL-kenmerken zelf.

De krant, Fabriceren van chemische gradiënten op nanoschaal met thermochemische nanolithografie, wordt online gepubliceerd door het tijdschrift Langmuir .