محققان مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا پرده از راز ساز و کار یک فرایند فیزیکی برداشتند؛ در این فرایند آرایه‌های نانو مقیاس می‌توانند روی یک فیلم پلیمری با دقت بسیار بالا رشد یابند.
تشکیل آرایه‌ها روی فیلم‌های پلیمری گداخته
محققان مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا پرده از راز ساز و کار یک فرایند فیزیکی برداشتند؛ در این فرایند آرایه‌های نانو مقیاس می‌توانند روی یک فیلم پلیمری با دقت بسیار بالا رشد یابند.
فرایند نانوسیالی ـ که به‌وسیله‌ی خانم سندرا ترویان (استاد مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا) توسعه داده شده‌است ـ فرایندی است که با آن ساختارهای سه‌بعدی نانو و میکرومتری برای مصارف اپتیک، فتونیک و ادوات زیست‌سیالی ساخته می‌شود. این فرایند می‌تواند روزی جایگزین روش الگوسازی لیتوگرافیک شود.
ساخت نانوآرایه‌های بزرگ با بزرگ‌نمایی بسیار بالا با روش فتولیتوگرافی رایج بسیار مشکل بوده، نیازمند برخی از فرایندهای تکمیلی همچون استفاده از پرتوهای فرابنفش و مواد شیمیایی قوی است که موجب حل شدن و زبری ویفرهای سیلیکونی می‌گردد و درنهایت عملکرد این فرآیند را محدود می‌کند. علاوه براین، این روش برای ساخت الگوهای دوبعدی است و برای الگوهای سه‌بعدی باید فرایند ساخت لایه‌به‌لایه انجام گردد؛ از این رو محققان در جستجوی روش جایگزینی بودند که بتوانند با آن فیلم‌های گداخته را همزمان و در یک مرحله سرد و الگودهی کنند. یک دهه قبل پدیده‌ای عجیب گزارش شد که در آن نانوفیلم پلیمری گداخته که به درون یک شکاف ساخته‌شده از دو ویفر سیلیکونی با دماهای متفاوت وارد می‌شد، آرایه‌های نانومقیاس به‌طور خودبه‌خودی روی نانوفیلم رشد می‌کردند. ارتفاع این ستون‌ها چند صد نانومتر و طول کل الگو چند میکرون بود.
در سال ۲۰۰۲ دانشمندان آلمانی مدلی را برای این الگودهی ارائه کردند. در مدل آنها اختلاف مقاومت صوتی میان هوا و پلیمر موجب عدم تعادل در جریان فونون‌ها می‌گردد؛ جریانی که عامل فشار تابشی و ناپایدار شدن فیلم و در نهایت منجر به تشکیل فیلم روی پلیمر می‌شود.
از آنجا که دکتر ترویان با اثر گرما در مقیاس نانو آشنا بود، توزیع فونون‌ها را در سطح پلیمر بسیار غیرمحتمل می‌دانست؛ بنابراین ساز و کار دیگری را برای این فرایند پیشنهاد کرد. در مدل ایشان عامل تشکیل آرایه‌ها، نوسانات فشار نبوده بلکه پدیده‌ای به نام جریان ستون گرمایی است. منشأ این پدیده نیرویی به نام کشش سطحی است که در سیالات عامل کاهش سطح و افزایش پایداری است. اختلاف دما در سطح تماس مایع با بستر خود موجب اختلاف کشش سطحی شده؛ به‌طوری که نقاط گرم‌تر کشش سطحی بیشتری دارند. بنابراین مایع از نقطه‌ی گرم به سرد منتقل می‌شود که به آن پدیده جریان ستون گرمایی گفته می‌شود.
گروه تحقیقاتی دکتر ترویان با مدل‌سازی کامپیوتری نشان دادند که گرادیان دما و جریان ستون گرمایی عامل تشکیل الگوها بوده‌است و به این ترتیب آنها با شبیه‌سازی کامپیوتر توانستند با این روش یک الگوی سه‌بعدی بسازند. در گام بعد این گروه کار ساخت این الگوها را در آزمایشگاه آغاز کردند و امیدوارند بتوانند الگوهای متنوعی را با این روش بسازند.
