Печать с помощью наночастиц

Исследователи корпорации IBM (NYSE: IBM) совместно с учеными из Цюрихского политехнического института продемонстрировали новую — эффективную и весьма точную — технологию печати с помощью наночастиц. Эта технология ускорит создание биодатчиков нанометрового размера и линз для отклонения светового потока внутри будущих оптических чипов, а также нанопроводов, которые могли бы стать основой для перспективных компьютерных микросхем.

Соответствующее сообщение было опубликовано в сентябрьском выпуске журнала Nature Nanotechnology. Эта многообещающая технология способна предложить новый мощный инструмент для совершенно разных областей применения и отраслей — включая биомедицину, электронику и ИТ-технологии — которые нуждаются в способах использования во многом уникальных свойств так называемых наночастиц, то есть частиц с размерами менее 100 нанометров.

До настоящего времени все стандартные технологии изготовления микрообъектов были основаны на нисходящем принципе, т.е. такие объекты фактически создавались посредством вырезания их из более крупных фрагментов. В отличие от указанных технологий в процессе печати на целевую поверхность наносятся уже готовые наночастицы. Такая технология гораздо эффективнее, кроме того, она упрощает совмещение разнородных материалов, таких как металлы, полимеры, полупроводники и окислы.

Впервые в мире исследователи использовали частицы диаметром 60 нанометров — примерно в 100 раз меньше человеческого эритроцита — и смогли напечатать растровое изображение с разрешением в одну частицу, что в перспективе позволит создавать разнообразные наношаблоны в диапазоне от простых линий до сложных схем. При переводе этого разрешения в стандартный показатель<число точек на дюйм>— определяющий, сколько раздельных пятен красителя может быть напечатано на определенной области — получается значение 100000 точек на дюйм, тогда как обычные методы офсетной печати сегодня оперирует величинами порядка 1500 точек на дюйм.

В качестве демонстрации эффективности и универсальности нового метода исследователи напечатали хорошо известное изображение Солнца — алхимический символ золота, разработанный в XVII веке Робертом Флуддом (Robert Fludd). Это вполне соответствующее ситуации изображение состоит из 20000 отдельных золотых наночастиц, диаметром около 60 нм каждая. Новая технология печати обеспечила нанесение красителя на каждую точку изображения с точностью до одной частицы, что и позволило создать самую маленькую монохромную иллюстрацию за всю историю печатаного дела.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОПЕЧАТИ

<Эта технология открывает новые возможности для прецизионного и эффективного нанесения различных видов наночастиц на самые разные поверхности, что является необходимым условием для практического применения уникальных свойств таких наночастиц, причем для экономически оправданного применения>, — разъясняет Хайко Вольф (Heiko Wolf), исследователь в области нанолитографии из лаборатории IBM в Цюрихе.

Например, в биомедицине этот процесс может быть использован при печати больших массивов биофункциональных цепочек, которые позволяют обнаружить и идентифицировать в организме определенные клетки или маркеры. Еще один пример возможного применения — быстрый скрининг на маркеры раковых клеток или сердечной недостаточности. При использовании в устройствах для оперативной диагностики на месте оказания медицинской помощи регулярные массивы биофункциональных цепочек способны автоматически и исключительно оперативно выдать результаты по пробам минимального объема.

Наночастицы также способны взаимодействовать со светом. Описываемая технология позволяет<печатать>оптические материалы с новыми свойствами — например, для использования в оптоэлектронных устройствах. Могут быть созданы т.н.<метаматериалы>, в которых напечатанные структуры будут иметь размеры, сопоставимые с длиной световой волны, вследствие чего они будут вести себя как одиночная линза с необычными свойствами.

Кроме того, эта технология выглядит весьма многообещающе и с точки зрения полупроводников. В одном из экспериментов исследователи смогли добиться контролируемого размещения каталитических зародышевых частиц для выращивания полупроводниковых нанопроводов. Такие нанопроводы являются перспективными кандидатами для построения транзисторов, которые будут использоваться в микросхемах будущего.

ПРИНЦИП НАНОПЕЧАТИ

<При традиционной технологии т.н.<глубокой печати>углубления в печатной пластине с помощью ракельного ножа заполняются типографской краской, в которой беспорядочно распределены частицы пигмента, — объясняет Тобиас Краус (Tobias Kraus), руководитель группа нанолитографии исследовательской лаборатории IBM в Цюрихе. — В нашей технологии печати с высоким разрешением размещение наночастиц на печатной пластине или на шаблоне осуществляется посредством управляемого процесса самосборки. Затем вся<сборка>печатается на целевой поверхности, благодаря чему удается выдержать положение частицы с прецизионной точностью и добиться тем самым разрешающей способности, которая на три порядка выше, чем при обычных технологиях печати.

В процессе экспериментов исследовались следующие геометрические конфигурации печатных шаблонов: линии для создания из наночастиц плотно упакованных проводов, которые могли бы использоваться в молекулярной электронике; регулярно чередующиеся массивы золотых частиц, используемые как затравка при выращивании нанопроводов; произвольные компоновки, позволяющие, например, отпечатать изображение солнца. Точность на больших интервалах, посредством которой оценивается отклонение от желательного местоположения на большой площади, аналогична точности микроконтактных методов печати. Ученым предстоит дальнейшая работа по совершенствованию описанной технологии по двум основных направлениям — повышение точности до уровня, соответствующего требованиям производства больших интегральных схем, и создание возможностей для использования частиц еще меньшего размера.

ЛИДЕРСТВО IBM В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

Сегодняшнее объявление — очередное достижение IBM, безусловного лидера отрасли, в области нанотехнологий: двадцать один год назад Герд Биннинг (Gerd Binnig) и Хайнрих Рорер (Heinrich Rohrer), сотрудники исследовательской лаборатории IBM в Цюрихе, стали лауреатами Нобелевской премии по физике<за изобретение сканирующего туннельного микроскопа>, который впервые позволил наблюдать отдельные атомы. За прошедшее с тех пор время ученые и инженеры из подразделения IBM Research неоднократно открывали новые научные и технические горизонты в области нанотехнологий. Это революционное событие произошло всего через две недели после того, как корпорация IBM объявила о двух важных достижениях в области нанотехнологий: первое достижение существенно углубляет понимание способности отдельных атомов к поддержанию определенного направления магнитного поля, что позволяет применить это явление в будущих устройствах хранения данных; второе относится к возможности построения весьма надежного и стабильного логического переключателя на основе одной молекулы, который сможет стать стандартным компонентом молекулярных компьютеров.

Научная статья под названиембыла опубликована в журнале Nature Nanotechnology, Vol 2, No 9, стр. 570 — 576. Статья написана авторским коллективом в составе: Tobias Kraus (исследовательская лаборатория IBM в Цюрихе и Цюрихский политехнического институт), Laurent Malaquin, Heinz Schmid, Walter Riess и Heiko Wolf (исследовательская лаборатория IBM в Цюрихе) и Nicholas Spencer (Цюрихский политехнического институт).