Một cây vĩ cầm bạch kim nhỏ hơn sợi tóc người: Công nghệ nano đưa âm nhạc lên một tầm cao vô hình

Khả năng xây dựng các vật thể ở quy mô không thể tưởng tượng được hiện đã trở thành hiện thực nhờ những tiến bộ mới nhất trong công nghệ nano. Từ Vương quốc Anh, một Một nhóm các nhà vật lý tại Đại học Loughborough đã tạo ra được một cây vĩ cầm bạch kim nhỏ đến mức có thể dễ dàng đặt nó vào vị trí có chiều rộng bằng một sợi tóc của con người.Mặc dù không được sử dụng để phát nhạc, sự tồn tại của nó đánh dấu một cột mốc quan trọng trong khoa học và kỹ thuật vật liệu.

Đằng sau kỳ tích công nghệ này là mong muốn thể hiện, theo cách trực quan và dễ hiểu, Sự thao túng vật chất ở quy mô nanomet đã tiến xa đến mức nàoThiết bị nhỏ bé này, nhỏ hơn hầu hết các sinh vật đơn bào, đánh dấu một giai đoạn mới trong các thí nghiệm quang khắc nano và tượng trưng cho những gì có thể đạt được khi khoa học và sự sáng tạo song hành cùng nhau.

Một kỳ tích khoa học thu nhỏ

Đàn vĩ cầm nhỏ đo lường Dài 35 micron và rộng 13 micron (một micron là một phần triệu mét), cho phép nó nhỏ hơn đường kính của một sợi tóc người, dao động từ 17 đến 180 micron. Thành tựu này không phải đến một cách ngẫu nhiên: nhóm nghiên cứu đang tìm kiếm kiểm tra hiệu quả của hệ thống nanolithography nhiệt mới, một công nghệ tiên tiến cho phép tạo ra các mẫu và cấu trúc với độ chính xác chưa từng có trên chip và các vật liệu khác.

Để ngữ cảnh hóa, chỉ cần chỉ ra rằng Cây vĩ cầm này thậm chí còn nhỏ hơn một số loài tardigrade, những vi sinh vật nổi tiếng vì chịu được điều kiện khắc nghiệt. Việc thu nhỏ cực độ, ngoài giai thoại, còn mang đến khả năng cách mạng hóa các ngành công nghiệp như điện tử, y học và lưu trữ dữ liệu.

Kelly Morrison, giáo sư phụ trách dự án, cùng với các chuyên gia như Naëmi Leo và Arthur Coveney, giải thích rằng họ chọn đàn violin không chỉ vì độ khó về mặt kỹ thuật của nó mà còn vì ý nghĩa biểu tượng của nó. Hành động "chơi cây vĩ cầm nhỏ nhất thế giới" được biết đến rộng rãi như một cách mỉa mai để đáp lại những lời phàn nàn thái quá.và được truyền hình phổ biến từ những năm 70, trở thành biểu tượng trong các bài hát và phim truyền hình lan truyền.

Quá trình sáng tạo: NanoFrazor và công nghệ in thạch bản tiên tiến

Để đạt được một tác phẩm có tầm cỡ này đòi hỏi một sự kết hợp của vật liệu và kiểm soát tuyệt đối môi trườngQuy trình bắt đầu bằng cách phủ một vi mạch bằng hai lớp vật liệu được gọi là "chống lại", nhạy cảm với nhiệt độ và ánh sáng. Con chip này được đặt bên trong một "hộp đựng găng tay" kín, nơi bụi hoặc hơi ẩm không thể làm thay đổi kết quả..

Ngôi sao thực sự của quá trình này là NanoFrazor, Một cỗ máy Thụy Sĩ hiện đại sử dụng đầu cực kỳ mịn, được nung nóng để "vẽ" thiết kế đàn violin với độ chính xác nanomet. Thông qua đầu dò này, hình ảnh phác thảo và các chi tiết sẽ được xăm lên lớp trên cùng của lớp chống thấm.

Sau đó, lớp dưới cùng được gỡ bỏ để lộ khoang đàn violin, trên đó sẽ đặt một lớp khác. màng bạch kim rất mỏngCuối cùng, một bồn tắm acetone loại bỏ phần còn lại, chỉ để lại hình bóng sáng bóng của dụng cụ nhỏ trên chip. Toàn bộ quá trình khắc và tráng có thể hoàn thành trong khoảng ba giờ, mặc dù việc hoàn thiện các bước để đạt được kết quả xác định đòi hỏi nhiều tháng làm việc và nhiều thử nghiệm khác nhau.

Trong số những chi tiết đáng ngạc nhiên nhất của cây vĩ cầm là: sự trung thực mà cơ thể được sao chép, các cạnh f và thậm chí cả các dây, có thể dày tới 100 nanomet và được sắp xếp với độ chính xác cao bằng kính hiển vi lực nguyên tử.

Ý nghĩa và ứng dụng có thể có của công nghệ nano

Cây vĩ cầm này không có chức năng như một nhạc cụ, nhưng cung cấp bằng chứng rõ ràng về khả năng của công nghệ nano hiện đạiHệ thống nanolithography giúp hiện thực hóa điều này không chỉ dùng để mô hình hóa các công trình thu nhỏ mà còn hứa hẹn sẽ biến đổi các lĩnh vực như vật lý thực nghiệm, sản xuất mạch điện tử và tạo ra các cảm biến siêu nhỏ gọn cùng các thiết bị y sinh.

Hiện nay, các nhà nghiên cứu sử dụng các quy trình này để phân tích cách vật chất phản ứng với các kích thích như ánh sáng, nhiệt, từ tính hoặc điện. Việc hiểu các tương tác này ở quy mô nhỏ như vậy là điều cần thiết để thiết kế các thành phần có thể cách mạng hóa mọi thứ từ máy tính đến hiệu quả năng lượng.

Một số ngành nghề hiện đang hướng tới sự tích hợp vật liệu lượng tử trong khoai tây chiên, có thể thay thế hệ thống lưu trữ từ tính và tạo ra các thiết bị nhanh hơn và bền vững hơn nhiều.

Một biểu tượng khoa học và văn hóa

Việc lựa chọn cây vĩ cầm như một bằng chứng về khái niệm cũng là một ví dụ về cách khoa học có thể tham gia vào văn hóa đại chúng và sáng tạo thu hút sự chú ý đến các vấn đề kỹ thuật. Câu nói "bạn có thể nghe thấy cây vĩ cầm nhỏ nhất thế giới" từ lâu đã trở thành một phần của trí tưởng tượng tập thể, và bằng cách biến nó thành hiện thực, Các nhà nghiên cứu mời công chúng đặt câu hỏi về tính hữu ích và những thách thức khi làm việc trên các thang đo này, mà không thể nhìn thấy bằng mắt thường.

Thử nghiệm này Sẽ không thể thực hiện được nếu không có một nhóm đa ngành, có thể kết hợp kiến ​​thức về vật lý, hóa học, kỹ thuật và thậm chí cả truyền thông khoa họcViệc chứng minh rằng những vật thể chi tiết như vậy có thể được mô hình hóa trên đầu kim siêu nhỏ mở ra cánh cửa cho các ứng dụng trong tương lai về điện toán lượng tử, thiết bị y tế và cảm biến thông minh.

Chiếc vĩ cầm bạch kim dài 35 micron làm rõ rằng Công nghệ nano đang sẵn sàng chuyển đổi toàn bộ các ngành công nghiệpNhững cử chỉ có vẻ như giai thoại có thể trở thành hạt giống của những tiến bộ sẽ tác động đến cuộc sống hàng ngày nhiều hơn chúng ta nghĩ. Sự đổi mới ở cấp độ nano tiếp tục mở đường cho một tương lai tràn ngập những khả năng trước đây không thể tưởng tượng được.