Un equipo de científicos de la Universidad Friedrich-Alexander Erlangen-Nürnberg (FAU) ha desarrollado un nuevo método de limpieza mecánica para superficies a nanoescala. La técnica elimina con éxito incluso los contaminantes más pequeños hasta la escala atómica, logrando un nivel de limpieza sin precedentes. Los resultados de este estudio dirigido por el Prof. Dr. Erdmann Spiecker del Departamento de Ciencia de los Materiales de la FAU ahora se han publicado en la prestigiosa revista Nature Communications .

La escoba más pequeña del mundo

La inspiración para la técnica se extrajo de la vida cotidiana, ya que la limpieza con una escoba funciona de manera similar. Por supuesto, en la nanoescala en lugar de usar una escoba completa, solo se usa una sola cerda en forma de una punta de metal muy pequeña. Esta ‘cerda’ se presiona sobre una superficie y se mueve hacia adelante y hacia atrás con un movimiento de barrido. «Realmente es sorprendentemente similar a una escoba normal», dice el profesor Spiecker, presidente de Micro y Nanoestructura de Investigación. «Una escoba elimina partículas sueltas como el polvo o las migas de pan, y no es diferente en la nanoescala». Sin embargo, en escalas pequeñas, la escoba no se controla con la mano, sino con un joystick que controla un pequeño motor piezoeléctrico. Además, se utilizan potentes microscopios electrónicos para monitorear y controlar el proceso de limpieza en tiempo real.

Limpiar la ventana más delgada del mundo

Al limpiar el grafeno, el equipo logró aplicar su técnica al material más delgado que existe, ya que el grafeno está hecho de una sola capa atómica de carbono. «Un desafío importante fue limpiar el grafeno de ambos lados, de manera similar a la limpieza del cristal de una ventana», dice Peter Schweizer, investigador asociado de la Cátedra de Micro y Nanoestructura de Investigación, quien realizó los delicados experimentos con su colega Christian Dolle. ‘Con nuestros microscopios electrónicos, siempre tenemos que mirar a través del material. De lo contrario, es imposible revelar la estructura atómica. El grafeno es conocido por su resistencia mecánica. Sin embargo, es muy sorprendente que una capa monoatómica pueda sobrevivir a las altas fuerzas mecánicas de un procedimiento de limpieza sin sufrir daños. «Cuando se lo contamos a nuestros colegas por primera vez, no nos creyeron», agrega el profesor Spiecker.

Nano-polvo: nada queda limpio para siempre

Tener superficies atómicamente limpias permitió a los autores de este estudio explorar también los orígenes y los mecanismos de recontaminación a nanoescala. Dejar una muestra limpia en el aire conduce a la rápida acumulación de polvo en su superficie. ‘Esto realmente no es sorprendente, ya que todos estamos muy familiarizados con la acumulación de polvo en nuestros hogares. No hay ninguna razón por la cual esto debería ser diferente en la nanoescala «, dice el profesor Spiecker. Además de la contaminación en el aire, el equipo también encontró una prevalencia de difusión en la superficie cuando una muestra limpia se coloca en un entorno de vacío, un fenómeno que a menudo se encuentra en experimentos científicos.

Montaje molecular

Finalmente, el equipo de investigación utilizó las superficies atómicamente limpias como base para el ensamblaje específico de una capa atómicamente delgada a partir de bloques de construcción moleculares. Las moléculas de porfirina sintetizadas en el Departamento de Química se aplicaron a las superficies limpias y se soldaron en su lugar mediante un haz de electrones de alta potencia. El resultado fue una monocapa de tipo grafeno con estructura nanocristalina.

Fuente: https://phys.org/news/2020-04-house-nanoscale.html