5 Minutės
Loughborough universiteto fizikai pagamino tai, ką vadina „pasaulio mažiausiu smuiku“ — platinės microstruktūrą, pakankamai mažą, kad apimtų vieną žmogaus plauką. Šis smulkus modelis sukurtas naujos nanolitografijos sistemos patikrinimui ir demonstruoja gamybos tikslumą, galintį nulemti kitą duomenų saugyklų ir kompiuterinių įrenginių kartą. Be estetinės vertės, projektas atlieka ir praktinę funkciją: jis padeda įvertinti technologijos tikslumą, atkuriamumą ir galimus mastelio pritaikymus pramonėje bei moksliniuose eksperimentuose.
Mikroskopinis meistriškumas ir kodėl dydis yra svarbus
Platininis smuikas yra maždaug 35 mikronų ilgio ir 13 mikronų pločio. Kad būtų aiškiau, žmogaus plaukai paprastai būna nuo maždaug 17 iki 180 mikronų skersmens, o tokie mažyčiai organizmai kaip tardiogrados yra apie 50–1 200 mikronų dydžio. Ši vizualinė perspektyva padeda suvokti, kaip arti atsiduria inžinerija prie biologinio ir nanometrinio pasaulio ribų. Reikia pažymėti, kad šis instrumentas nėra grojamas — tai sudėtingas testo raštas, skirtas tempui ir riboms nustatyti modernių nanoskalės gamybos priemonių.
Struktūros nuotraukos, padarytos šalia žmogaus plauko, buvo užfiksuotos Keyence VHX-7000N skaitmeniniu mikroskopu, todėl mastelis tampa akivaizdus net be papildomų paaiškinimų. Kaip aiškina fizikos departamento vadovė profesorė Kelly Morrison, miniatiūrinio smuiko gamyba peržengė vien tik smalsumo ribas: ši užduotis leido komandai patobulinti metodus ir darbo eigas, kurių dabar bus imamasi taikomuosiuose tyrimuose. Per procesą surinkti duomenys, metodiniai bandymai ir problemų sprendimo žingsniai tapo vertingu pagrindu tolesnei nanolitografijos optimizacijai ir pritaikymui komercinėse bei akademinėse aplinkose.
Kaip NanoFrazor lipdo nanoskaityje
Laboratorinio sistemos centras yra Heidelberg Instruments gaminamas NanoFrazor — įrankis, atliekantis termiškai skenuojamosios adatos litografiją (thermal scanning probe lithography). Jis naudoja įkaitintą, adatai panašų galiuką, kuris mechaniniu būdu „rašoma“ ant dangos ir lokaliai pakeičia paviršių, taip leidžiant formuoti požymius nanometro tikslumu. Šis procesas skiriasi nuo tradicinių šviesos pagrindu veikiančių litografijos metodų tuo, kad jame galima tiesiogiai rašyti sudėtingas formas be masinių fotomaskių, kas suteikia procedūrai didesnį lankstumą prototipų kūrimo ir mažo tiražo gamybos etapuose. Kad būtų išvengta dulkių, drėgmės ar kitų užteršimų, visa sistema veikia uždaroje pirštinėje dėžėje (glovebox), kurioje kontroliuojamos aplinkos sąlygos: deguonies ir drėgmės lygiai yra žymiai sumažinti, o tai sumažina oksidaciją ir kitus nepageidaujamus efektus, galinčius pabloginti nanostruktūrų kokybę.
Smuikas buvo pagamintas padengus mikroschemą dviem sluoksniais rezisto — viršutiniu ir apatinio sluoksnio rezistu. NanoFrazor įrankis „išdegino“ (lokaliai deformavo arba pašalino) smuiko formos raštą viršutiniame reziste, o vėliau pašalinus apatinį sluoksnį susidarė ertmė. Inžinieriai ant atidengtos ertmės nuodegų depozito būdu nusodino ploną platinės sluoksnį, o likusį rezistą pašalino acetonu, taip atskleisdami galutinę metalinę struktūrą. Nors vienas gamybos ciklas gali užtrukti apie tris valandas — įskaitant švaros procedūras, pozicionavimo žingsnius ir nuoseklius išplovimo etapus — stabilios, pakartojamos proceso grandinės sukūrimui prireikė daugelio mėnesių rafinavimo. Per tą laiką komanda optimizavo parametrus, tokius kaip galiuko temperatūra, rašto greitis, rezistų storis ir nusodinimo sąlygos, kad būtų pasiektas reikiamas raiškos ir atkartojamumo lygis.
Iš meniškų raštų į praktiškus įrenginius
Už vizualinio patvirtinimo ribų, nanolitografijos platforma taikoma ir kelioms pažangioms skaičiavimo bei saugojimo koncepcijoms tirti. Vienas iš projektų, kurį veda dr. Naëmi Leo, nagrinėja kontroliuojamų šilumos srautų naudojimą duomenų saugojimui ir apdorojimui pagerinti. Naëmi komanda derina magnetines ir elektrines medžiagas su nanopartikulėmis, kurios konvertuoja šviesą į lokalizuotą šilumą (pvz., plazmoniškai aktyvios dalelės), ir tiria, kaip temperatūros gradientai gali būti panaudoti informacijos perjungimui ar nuskaitymui efektyviau. Tokie bandymai gali apimti termiškai padedamą emuliacinį perėjimą, kuriuo manipuliuojant vietiniais šilumos kiekiais būtų galima sumažinti perjungimo energijos sąnaudas arba padidinti perjungimo greitį.
Kitas tyrimų kryptis, vadovaujama dr. Fasil Dejene, orientuota į kvantines medžiagas kaip galimus tradicinių magnetinių bitų pavaduotojus. Kaip saugojimo elementai mažėja, magnetinis stabilumas tampa vis didesniu iššūkiu — terminis triukšmas ir magnetinis smulkinimas gali sutrikdyti informacijos patikimumą. Kvantinės medžiagos, įskaitant tam tikras topologines izoliuojančias ar koreliuotų elektronų sistemas, žada leisti mažesnes, greitesnes ir atsparesnes atminties architektūras, kurios galėtų veikti esant kitokiems perjungimo mechanizmams nei įprasta magnetorezistencija. Tokios medžiagos taip pat dera su neuromorfiniais arba smegenis imituojančiais skaičiavimo principais, kur prisitaikymas ir vietinės sąveikos gali būti naudingos mokymosi ir atpažinimo užduotyse. Tyrimai apima tiek medžiagų sintezę, tiek nanoarchitektūros modeliavimą, tiek eksperimentinę validaciją, kad būtų įvertintas galimas mastelio didinimas ir pramoninė gamyba.
Išvados
Miniatiūrinis platininis smuikas yra daugiau nei tik linksmintas antraštėmis: jis pabrėžia šiuolaikinės nanolitografijos ir NanoFrazor platformos tikslumą, lankstumą ir prototipavimo galimybes. Tobulinant gamybos metodus šiame sluoksnyje, tyrėjai atveria naujas eksperimentų erdves šilumos asistuoto perjungimo, kvantinių medžiagų prototipavimo ir naujoviškų atminties koncepcijų srityse, kurios galėtų formuoti būsimų standžių diskų, MRAM tipo ar kitokio pobūdžio skaitymo-rašymo įrenginių architektūras. Be to, gautos žinios apie procesų stabilumą, pakartojamumą ir sąveikas tarp skirtingų medžiagų padeda suartinti akademinius tyrimus su pramoniniais poreikiais, skatindamos perspektyviausių idėjų perėjimą nuo idėjos prie produktų. Tolimesni žingsniai apims proceso skalavimo klausimus, ilgaamžiškumo testavimą ir tyrimų rezultatų integravimą į platesnius sisteminius sprendimus, siekiant užtikrinti, kad nanoskalės gamybos priemonės taptų praktiškai pritaikomos realaus pasaulio prietaisams ir infrastruktūrai.
Šaltinis: lboro.ac
Komentarai