Новая технология изготовления микроустройств

Несмотря на то что нанотехнологии очень модны, методики сборки нанообъектов сегодня все еще очень несовершенны, а сами объекты примитивны. Чтобы как-то изменить ситуацию, инженеры Массачусетского технологического института разработали интересный метод быстрого конструирования трехмерных нанообъектов, названный ими нанооригами — из-за принципиального сходства с традиционной японской техникой складывания фигурок из бумаги. 

Далеко не всем под силу соорудить из бумаги что-то сложнее самолетика. А теперь представьте, что перед вами стоит задача изготовить аналогичную конструкцию из крошечной пластинки, которая приблизительно в 100 раз тоньше человеческого волоса, да еще и добиться того, чтобы получившаяся структура начала функционировать как электронное устройство. 

Однако американские нанотехнологи не видят в этом ничего невозможного. Команда исследователей во главе с Джорджем Барбастатисом, адъюнктом-профессором в области машиностроения, разрабатывает основные принципы нанооригами — новой техники, позволяющей сворачивать материалы наноразмеров в простые 3D-структуры. Последние могли бы использоваться как моторчики и конденсаторы, приводящие к повышению характеристик памяти, созданию более быстрых микропроцессоров и нанофотонных устройств. 

Традиционные методы изготовления наноструктур, такие как рентгеновская литография и наноимпринтинг, прекрасно проявили себя в деле создания двумерных объектов и обычно используются для конструирования микропроцессоров и других микроэлектрических механических девайсов. Но для создания 3D-структур они в своем нынешнем виде не подходят. 

«Многое из того, что сделано на сегодня в наноотрасли, является плоским, — отмечает Тони Никол, аспирант Массачусетсского технологического института, работающий над проектом. — Мы же хотим взять все лучшее от технологий изготовления 2D-структур и использовать это для создания трехмерных вещей». Используя этот подход, команда исследователей использует обычные инструменты литографии, чтобы изготовить 2D-объекты, а затем трансформировать их в 3D-объекты, открывая тем самым совершенно новые возможности в наноконструировании. 

По их словам, материалы, подходящие для трансформации, — это кремний, нитрид кремния (вид керамики), мягкий полимер под названием SU-8 и др. И на сегодня уже разработано несколько способов их сгибания. Во-первых, это нанесение металла (обычно хрома) на поверхность — туда, где предполагается сгиб. Во-вторых, направление луча, состоящего из ионов гелия, на место желаемого сгиба. Лучи намечают линию, заставляя материал сворачиваться. И в-третьих, внедрение золотых нитей в материал. Они взаимодействуют с внешним магнитным полем и опять же позволяют достичь желаемого. 

Как только материал свернут, форму конструкции еще нужно корректировать, и потому сгибание наноповерхностей «гармошкой» с аккуратно выстроенными плоскостями и гранями является одной из самых больших проблем для исследователей. Однако уже сейчас разработано несколько методик, позволяющих сделать это успешно. Например, использование магнитов или нанесение полимеров в определенных точках и их расплавление при помощи электротока для скрепления поверхностей так, как было задумано. 

Для того чтобы продемонстрировать состоятельность своей технологии, представители Массачусетсского технологического института уже продемонстрировали трехмерный наноконденсатор. У него, правда, только один сгиб, однако чем больше сгибов будет сделано у будущих моделей, тем больше энергии эти устройства будут в состоянии сохранять. Дополнительные плоскости обеспечивают более быстрый поток информации — по аналогии с извилинами головного мозга человека, обеспечивающими более быструю коммуникацию между разными его отделами, отмечает Надер Шаар, аспирант машиностроения, участвующий в проекте. Пока исследователи шлифуют свою методику, однако начинают думать о том, как техника нанооригами могла бы использоваться в будущем.