A capacidade de replicar materiais emnívelata´mico atraiu atenção significativa dos cientistas de materiais. No entanto, a tecnologia atual élimitada por uma sanãrie de fatores. Udo Schwarz, professor de engenharia meca¢nica e ciência dos materiais e chefe do departamento, publicou recentemente dois artigos sobre pesquisa que podem revelar o que épossí­vel neste campo emergente. Seus manãtodos incluem um processo que pode replicar as caracteri­sticas de umasuperfÍcie em detalhes de menos de um danãcimo bilionanãsimo de um metro, ou menos de um danãcimo do dia¢metro de um a¡tomo. 

Superfa­cies nanoestruturadas e nanopadronizadas são um componente integral em muitas aplicações nanotecnologiicas. Fa¡cil de usar e econa´mico, o manãtodo de nanoimpressão tem grande potencial para aplicações como armazenamento de dados de alta densidade, dispositivos fota´nicos, hologramas, chips bio-nanoflua­dicos, filtração de águae eletrodos em células de combusta­vel. No entanto, a precisão da replicação élimitada na maioria dos materiais devido a s estruturas atômicas desses materiais. 

Em APL Materials , Schwarz mostra que ao trabalhar com vidros meta¡licos, não hávirtualmente nenhum limite para a precisão que vocêpode ter ao replicar recursos desuperfÍcie. Na verdade, onívelde precisão atinge onívelsubata´mico. A chave éa estrutura atômica dos materiais. Ao contra¡rio dos materiais cristalinos, que tem a¡tomos especificamente organizados, os a¡tomos nos vidros são arranjados sem princa­pios restritivos de ordem peria³dica.

“Os cristais sempre querem colocar a¡tomos em lugares específicos e, se seu molde não corresponder a isso, vocêestãosem sorte”, disse Schwarz.

Mas os vidros meta¡licos não possuem a¡tomos tão rigidamente dispostos, permitindo que se ajustem onde são necessa¡rios. Ao aquecer o vidro, os pesquisadores foram capazes de enfraquecer a coesão interna do material apenas o suficiente para permitir que os a¡tomos se movessem da maneira necessa¡ria com precisão quase perfeita.  

“Pela primeira vez, demonstramos que qualquer estrutura que vocêtenha, vocêpode replica¡-la - o vidro meta¡lico se conformara¡ corretamente com ela”, disse ele. “Vocaª pode fazer isso praticamente sem limite de precisão.” 

Isso significa que eles podem fornecer uma plataforma ideal para o avanço da pesquisa no estudo fundamental da estrutura, deformação e transições de fase de vidros, bem como possibilitar novas aplicações em campos que fazem uso da funcionalização desuperfÍcie por meio da topografia. 

Os co-autores do artigo APL Materials , que a revista promove como um “Artigo em destaque”, são Chao Zhou, Amit Datye, Zheng Chen, Georg H. Simon, Xinzhe Wang e Jan Schroers. 

Em um segundo artigo, em ACS Applied Materials and Interfaces , Schwarz também analisa a nanofabricação de vidros meta¡licos a granel, mas com uma abordagem diferente.  

Para esse estudo, que recebeu a designação de “Escolha do Editor” pela revista, Schwarz desenvolveu um manãtodo baseado na pulverização cata³dica por magnetron. Na pulverização cata³dica, a­ons de gás, normalmente arga´nio, estãoatingindo um “alvo” e ejetando a¡tomos alvo no processo. Os a¡tomos ejetados então viajam atravanãs do va¡cuo para eventualmente alcana§ar um substrato no qual eles formam um filme. Devido a  ampla gama de ligas que podem ser usadas como alvos e a s grandes áreas de substrato que podem ser cobertas, o manãtodo fornece aos pesquisadores uma grande caixa de ferramentas para selecionar uma química desuperfÍcie desejada, sendo extremamente versa¡til em termos de tamanho, forma e natureza do padrãodesuperfÍcie e dos moldes que podem ser usados. Schwarz disse que poderia efetivamente elevar a replicação em escala atômica de uma "curiosidade cienta­fica" para uma ferramenta de nanofabricação amplamente usada.  

Durante o processo de replicação, o alto grau de precisão ébaseado parcialmente na técnica de pulverização cata³dica, mas também decisivamente no fato de que as ligas utilizadas para pulverizar os filmes não cristalizam. Por causa disso, não hálimitações dimensionais de filmes que tentam estabelecer uma ordem cristalina.

“Isso mostra que podemos replicar estruturas desuperfÍcie atéo subangstrom [ menos de um bilionanãsimo de metro]  em grande escala, e que isso pode abrir o caminho para o uso desses materiais em grande escala para a produção de pea§as reais e por prea§os acessa­veis ”, afirmou. 

Visto que apenas quantidades escassas de material são necessa¡rias, a nova abordagem éecona´mica. Tambanãm éaplica¡vel a uma vasta gama de ligas, flexa­vel no tipo de moldes que pode replicar e pode ser facilmente ampliado. As aplicações potenciais desta nova abordagem incluem o desenvolvimento de nanofios e nanotubos para aplicações nanoeletra´nicas.