Nanotecnologia

Técnica permite fabricar nanocomponentes eletromecânicos de forma controlada

CEA - 01/12/2005

Pesquisadores do instituto de pesquisas CEA, da França, acabam de publicar dois estudos experimentais importantes sobre nanotubos de carbono, o primeiro na Physical Review Letters e o segundo na Applied Physics Letters.

O primeiro estudo apresenta uma inovadora "lei teórica", já verificada experimentalmente, para predizer e caracterizar a deformação de um nanotubo de carbono sujeito à ação de um campo elétrico. O segundo estudo aplica esse conhecimento na produção de uma nano-chave, utilizando técnicas de dimensionamento e controle de posicionamento inovadoras.

As tecnologias MEMS ("MicroElectroMechanical Systems") combinam a eletrônica com conceitos mecânicos, ópticos, eletromagnéticos, termais e fluídicos para produzir sistemas integrados na estrutura de um chip de computador, capazes de desempenhar funções tanto de sensor quanto de atuador.

Os MEMS são atualmente utilizados em um grande número de aplicações, da indústria automobilística (sensores de airbags, por exemplo), passando pela indústria de periféricos de computador (cabeças de impressão a jato de tinta), até a indústria de equipamentos médicos e aeroespaciais.

Quando as dimensões desses dispositivos ficam abaixo de um mícron, eles são designados pelo termo NEMS (NanoElectroMechanical Systems). O problema é que, abaixo de um certo tamanho, é necessário empregar-se técnicas de produção totalmente diferentes: de um lado, devido aos fortes efeitos superficiais do material, que são difíceis de controlar; de outro, porque a física dos fenômenos se altera no reino quântico.

Os nanotubos de carbono são excelentes candidatos para a produção de NEMS. A montagem de nano-objetos é uma solução elegante para a crescente dificuldade de se trabalhar em materiais massivos em escala nanométrica. Alguns poucos exemplos de NEMS de nanotubos de carbono foram publicados na literatura científica nos últimos 4 ou 5 anos. Entretanto, o desenvolvimento desse campo de pesquisas tem sido limitado pela falta de ferramentas de controle de dimensionamento para os NEMS de nanotubos de carbono.

O primeiro dos estudos agora publicados pelos pesquisadores do CEA (ver link abaixo, no quadro Para navegar) é um primeiro passo importante rumo ao desenvolvimento dessas ferramentas genéricas de dimensionamento. No experimento, um nanotubo de carbono é suspenso e tem suas pontas conectadas a um suporte condutor.

Quando uma voltagem é aplicada ao condutor, o nanotubo sofre a ação de uma força eletrostática de atração e se deforma. Os pesquisadores então derivaram uma escala - uma "lei" de comportamento - que vincula a deformação do nanotubo a parâmetros geométricos (diâmetro, comprimento suspenso e altura da suspensão) e parâmetros eletrostáticos (voltagem aplicada, forma de onda da voltagem potencial).

Esta lei permite o dimensionamento de todos os NEMS baseados em estruturas de nanotubos suspensas e ativadas eletrostaticamente. Os pesquisadores conseguiram verificar a lei utilizando uma técnica para medir diretamente a deformação dos nanotubos de carbono, utilizando um microscópio de força atômica.

No segundo artigo, os cientistas anunciam a fabricação de uma nano-chave combinando o conhecimento da deformação de um nanotubo de carbono sob a ação de um campo elétrico, com uma técnica que permite o posicionamento controlado dos nanotubos sobre uma superfície.

Quando uma voltagem potencial é aplicada a um nanotubo de carbono, ele se deforma e entra em contato com um eletrodo. Embora várias outras equipes de pesquisadores já tenham produzido nanocomponentes, os NEMS desenvolvidos agora empregam técnicas de controle de posicionamento dos nanotubos. Este é um passo adicional rumo à produção controlada de nanocomponentes com propriedades pré-definidas. Além disso, uma vez que o nanotubo esteja em contato com o eletrodo, a força de Van Der Waals mantém o contato mesmo sob a ação de uma voltagem muito baixa, o que pode ser uma vantagem quando eles forem utilizados para a produção de memórias.

Várias aplicações podem ser vislumbradas para os NEMS baseados em nanotubos suspensos e eletrostaticamente deformados, desde sensores ultra-sensíveis para a medição de forças muitíssimo pequenas, até osciladores e chaves de alta freqüência para telecomunicações.

A nano-chave e o sistema eletrônico de controle deverão agora ser integrados no mesmo chip, para sua utilização efetiva. Esse é o próximo passo dos pesquisadores, que estão se unindo a outros cientistas europeus para o início do projeto NANO-RF, que pretende resolver as questões de hibridização, a junção de vários componentes no interior de um mesmo chip NEMS.