رکوردشکنی در نانولیتوگرافی

اخیراً محققانی از مجارستان و بلژیک روش جدیدی را برای نانولیتوگرافی ابداع کرده‌اند که گفته می‌شود بیشترین دقت را در میان سایر روش‌های موجود داراست. در این روش، با استفاده از نوک میکروسکوپ تونلی روبشی، نانوساختارهای بسیار کوچکی(نوارهایی) بر روی یک صفحه گرافنی ایجاد می‌گردند و به کمک آن می‌توان تمام بخش‌های مدارهای کاری را تولید و از مشکلاتی که روش‌های «پایین‌بالا» در زمینه سرهم ‌کردن اجزای منفرد دارند اجتناب نمود.

اخیراً محققانی از مجارستان و بلژیک روش جدیدی را برای نانولیتوگرافی ابداع
کرده‌اند که گفته می‌شود بیشترین دقت را در میان سایر روش‌های موجود داراست. در
این روش، با استفاده از نوک میکروسکوپ تونلی روبشی، نانوساختارهای بسیار
کوچکی(نوارهایی) بر روی یک صفحه گرافنی ایجاد می‌گردند و به کمک آن می‌توان
تمام بخش‌های مدارهای کاری را تولید و از مشکلاتی که روش‌های «پایین‌بالا» در
زمینه سرهم ‌کردن اجزای منفرد دارند اجتناب نمود.

این کشف را لونته تاپاستو از مؤسسه فیزیک تجربی و علم مواد در بوداپست و
همکارانش انجام داده‌اند. این گروه، نانوساختارهای خود را از طریق بمباران
‌نمودن یک صفحه گرافنی با الکترون‌هایی که از یک نوک تیز اتمی تابش می‌شدند،
تولید نمودند. این نوک در بالای سطح گرافن قرار گرفته و تنها چند انگستروم از
آن فاصله داشت. این «دسترسی موضعی» موجب می‌شود که دقت این روش بسیار بالا باشد.
با حرکت نوک در جهت یک شکل هندسی خاص، می‌توان الگوهایی با اشکال مختلف ایجاد
کرد. یکی از مزایای بزرگ این روش، امکان تصویربرداری «در محل» از نمونه‌ها، با
دقت اتمی و بلافاصله پس از شکل‌گیری آنهاست.

به کمک روش مذکور می‌توان مواد را با شکل و ابعاد مورد نیاز در مقیاس نانو
«برش» داد. بنا به اظهارات تاپاستو، این کشف، گام بسیار بزرگی به‌سوی پیشرفت
محسوب می‌شود؛ زیرا تاکنون محققان مجبور بوده‌اند تا اجزایی با خصوصیات
مناسب(همانند نانولوله‌های کربنی‌ای با ساختار صحیح) را تهیه کنند و با
سرهم‌بندی آنها ابزارهای الکترونیکی نانومقیاسی بسازند. از دیگر مشکلات بزرگ
محققان «نابه‌جایی لبه‌ای» نوارها(نانوساختارها) است؛ زیرا این نابه‌جایی‌ها با
تأثیر بر روی خصوصیات الکترونیکی نوارها، قابلیت تکثیر را تقلیل می‌دهد. این
محققان توانسته‌اند با تولید لبه‌هایی هموار در روشِ STM ابداعی خود بر این
مشکل فائق آیند.

این روش، نخستین روشی است که می‌تواند از طریق کنترل عرض و جهت‌گیری بلوری
نانونوارهای مذکور، باند‌گپِ(گافِ) الکترونیکی گرافن را کاملاً تغییر داده،
اصلاح نماید. تاپاستو گفت:«علاوه بر این، دقت لیتوگرافی STM این امکان را به ما
می‌دهد تا محصولاتی ارزان‌قیمت تولید کنیم؛ زیرا با این روش می‌توان گاف‌های
انرژی بزرگی برای عملکرد ابزارهای الکترونیکی گرافنی در دمای اتاق تولید نمود.»
تاپاستو و گروهش نانوروبان‌هایی با عرض تنها ۲/۵ نانومتر(حدود ۲۰ اتم کربن)
تولید کرده‌اند؛ این در حالی است که لیتوگرافی پرتو الکترونی مدرن کنونی تنها
می تواند به ابعادی در حدود ۲۰ نانومتر دست پیدا کند. وی با اشاره به اینکه به
کمک این روش تمام نانوالگوهای پیچیده(و نه فقط نانوساختارهای منفرد) قابل
ساختند، گفت:«روش ما دربرگیرنده تمام راهکارهایی است که برای ساخت مدارهای
نانوالکترونیکی وظیفه‌دار از گرافن نیاز هستند».

محققان یادشده هم‌اکنون قصد دارند تا ساختارهای پیچیده‌تری از گرافن بسازند.
تاپاستو در این خصوص گفت که گرچه این روش برای الگودهی گرافن ابداع شده‌است؛
اما می‌توان با انجام اصلاحاتی آن را به سایر مواد نیز تعمیم داد. البته این
روش هنوز برای فرایندهای صنعتی قابل استفاده نیست و به این منظور باید حجم
تولید آن را ارتقا داد.

نتایج این تحقیق در نشریه Nature Nanotechnology به چاپ رسیده‌است.