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Nano Lube potrebbe rendere possibile una memoria ultra-densa
I ricercatori hanno contribuito a spianare la strada a chip di memoria che sono da 10 a 100 volte più densi dei dispositivi odierni, sviluppando un modo per ridurre l'attrito su scala nanometrica. Il metodo potrebbe avere implicazioni di vasta portata per i sistemi micro e nanoelettromeccanici (MEMS e NEMS), utilizzati per l'archiviazione e altre applicazioni nelle comunicazioni e nell'informatica.
Questa figura mostra la drastica riduzione dell'attrito che si verifica quando la punta di un microscopio a forza atomica viene fatta vibrare mentre si muove su una superficie. Ridurre l'attrito potrebbe aiutare a creare dispositivi di memoria molto densi. (Per gentile concessione di Anisoara Socoliuc, Università di Basilea.)
I lubrificanti liquidi non funzionano su scala nanometrica; di conseguenza, piccoli dispositivi meccanici possono usurarsi troppo velocemente per essere pratici. Ora i fisici dell'Università di Basilea in Svizzera hanno sviluppato un metodo di lubrificazione a secco che utilizza minuscole vibrazioni per evitare l'usura delle parti.
Il metodo, descritto nell'attuale numero di Scienza , potrebbe essere particolarmente utile per una nuova classe di dispositivi di memoria, introdotta da IBM con la sua tecnologia Millipede, che utilizza migliaia di punte di microscopi a forza atomica per scrivere fisicamente bit su una superficie creando divot in un substrato polimerico e successivamente leggendoli. Il nanolubrificante potrebbe anche trovare impiego con minuscoli specchi rotanti che potrebbero fungere da router ottici nelle comunicazioni e interruttori meccanici, sostituendo i transistor nei processori dei computer, riducendo così il consumo energetico.
I dispositivi basati su NEMS e MEMS sono alcune delle nuove nanotecnologie più promettenti. Tuttavia, la commercializzazione di applicazioni come Millipede, che potrebbe contenere ben oltre 25 DVD in un'area delle dimensioni di un francobollo, è stata in parte frenata dall'usura causata dall'attrito. In effetti, l'attrito è un problema particolare nei micro o nanodispositivi, in cui i contatti tra le superfici sono punti minuscoli che possono causare molti danni.
Passando ai dispositivi su scala nanometrica, questa area di contatto diventa sempre più piccola, quindi hai meno superficie dove puoi dissipare il calore, afferma Anisoara Socoliuc, un fisico dell'Università di Basilea e coautore del Scienza articolo. Questo porta all'usura. È molto facile rompere o danneggiare il materiale su questa piccola scala.
Nei loro esperimenti, i ricercatori svizzeri hanno spostato una punta di un microscopio a forza atomica in silicio su un materiale di prova di cloruro di sodio o bromuro di potassio. Normalmente, la punta ultra-affilata viaggerebbe in modo 'stick and slip', poiché l'attrito si accumula ripetutamente fino a quando la punta si libera improvvisamente. (Lo stesso meccanismo fisico spiega i cardini delle porte cigolanti.) I ricercatori hanno risolto il problema della punta appiccicosa facendo oscillare le punte usando tensioni variabili. Le vibrazioni, così piccole che la punta rimane in continuo contatto con il materiale, impediscono all'energia di accumularsi e di essere rilasciata improvvisamente. Di conseguenza, l'attrito diminuisce di 100 volte.
Sono stati provati diversi altri metodi di nanolubrificazione, incluso il rallentamento del movimento delle parti meccaniche a passo d'uomo; ma questi sono stati poco pratici: molti dispositivi, ad esempio, devono muoversi a velocità relativamente elevate. In uno studio precedente, gli autori del lavoro attuale hanno anche mostrato che ridurre con attenzione la quantità di pressione tra due superfici potrebbe diminuire l'attrito; ma questo si è rivelato difficile da controllare.
Il nuovo metodo, che promette di essere molto più pratico, risolve una parte fondamentale dei problemi di usura che riduce l'affidabilità dei chip di memoria di tipo Millipede, afferma William King, professore di ingegneria meccanica della Georgia Tech, che ha lavorato al sistema Millipede di IBM ed è ora scientifico consulente per una startup company, nanochip , a Freemont, in California, sta sviluppando una memoria simile basata su MEMS e matrici di punte per microscopia a forza atomica. King nota, tuttavia, che l'usura dovuta ad altri meccanismi, come i cambiamenti chimici nel materiale nel tempo, è ancora un problema.
Robert Carpick, professore di fisica ingegneristica presso l'Università del Wisconsin-Madison, osserva che sono necessarie ulteriori ricerche prima che questo metodo possa essere utilizzato in MEMS e NEMS reali, ma che è uno studio importante. Quali dispositivi potrebbe abilitare? Sta all'immaginazione, in definitiva. Resta molto da fare, ma è davvero un risultato notevole, dice.