El laboratorio de investigación de IBM en Zurich (Suiza) -donde se han inventado varias herramientas de microscopia revolucionarias- ha creado un nuevo y resistente recubrimiento para la punta de un microscopio de fuerza atómica (AFM, por sus siglas en inglés), un aparato que se usa para capturar imágenes a nanoescala  cuando la punta se desliza por una superficie en el extremo de un saliente microscópico. El recubrimiento podría expandir las aplicaciones para los AFM, incluyendo la fabricación de máscaras litográficas para la industria electrónica con detalles de hasta 10 nanómetros de tamaño, mucho más pequeños que los que permiten los límites de los procesos tradicionales, como la litografía mediante haces de electrones. 

Hace mucho que los científicos querían usar las puntas atómicas de esta forma, pero las puntas de silicio se desgastan rápidamente al deslizarse por una superficie, explica Mark Lantz, gerente de investigación en almacenamiento en el laboratorio de IBM de Zurich.

Una forma tradicional de crear puntas atómicas más resistentes es añadir un recubrimiento de diamante. Pero el diamante es sorprendentemente inestable, según Lantz. Se quema al alcanzar los 400 ºC, algo poco práctico para determinados usos. En un principio IBM había planeado usar agrupaciones de puntas calentadas para quemar ranuras en finos sustratos de polímeros como forma de almacenar memoria digital, un concepto que se conoce como memoria millipede. Y aunque IBM ya no busca la producción de memoria millipede como tecnología de consumo, espera adaptarla para sistemas de almacenaje de archivos o para imagen biológica de procesos subcelulares a alta velocidad.

Los investigadores de IBM aplican una capa de carburo de silicio, un material que es ligeramente más blando que el diamante pero que no se quema cuando se calienta. ”El carburo de silicio tiene un punto de fusión extremadamente elevado, incluso a 1.400 ºC mantiene su fuerza”, afirma Lantz.

Al equipo se le ocurrió un novedoso procedimiento para crear el recubrimiento de carburo de silicio. Se desarrolló en colaboración con Robert Carpick y sus compañeros en la Universidad de Pennsylvania (EE.UU.) y Kumar Sridharan y sus compañeros en la Universidad e Wisconsin (EE.UU.). Los detalles del trabajo se publicaron el miércoles pasado en la revista Advanced Functional Materials.

El proceso implica la implantación de iones de carbono en una punta y se logra rodeando la punta con plasma que contiene dichos iones y aplicando posteriormente un alto voltaje entre el plasma y la punta, haciendo que los iones se queden incrustados en su superficie. A continuación la punta se calienta a 1.100 ºC, una temperatura suficiente para que los iones de carbono reaccionen con átomos de silicio cercanos para formar una fina capa de carburo de silicio. “El grosor del recubrimiento es de entre 15 y 18 nanómetros y en la cúspide de la punta, donde las dimensiones son menores, los últimos 30 nanómetros de la punta son puro carburo de silicio”, detalla Lantz.

Chad Mirkin, director del Instituto Internacional de Nanotecnología en la Universidad Northwestern (EE.UU.), afirma que, en general, y para tareas como el almacenaje de memoria, “el factor que más limita la utilidad es la velocidad”. Pero añade que usar un AFM para hacer una máscara litográfica tendría sentido ya que la velocidad no tiene tanta importancia.