Цивилизация
Одно из самых известных творений в истории живописи — «Джоконда» — теперь существует в самой миниатюрной репродукции. Загадочный портрет, веками привлекающий к себе внимание публики, искусствоведов и ученых, скопирован инженерами США на «холст» размером всего 30 микрон — это в три раза меньше толщины человеческого волоса.
У ученых к этой картине особое отношение: портрет частенько используют для демонстрации новых технических возможностей. Программисты давно полюбили «рисовать» Мону Лизу при помощи ASCII-символов, минувшей зимой специалисты NASA при помощи лазера отправили портрет на Луну, а в марте этого года «Джоконду» скопировали на срез волоса.
Теперь же инженеры Технологического института Джорджии создали самую миниатюрную в мире репродукцию «Джоконды» при помощи атомно-силового микроскопа и техники, называемой термохимической нанолитографией.
Роль кисти в нем играет кремниевый зонд атомно-силового микроскопа, который, разогреваясь до необходимой температуры, проходит по поверхности искусственного субстрата. Регулируя нагрев зонда, ученые могут контролировать ход химических превращений вещества субстрата и производство продуктов реакции.
«Регулируя температуру, наша команда манипулировала ходом химических реакций и добилась изменений в концентрации определенных молекул на наноуровне», — пояснила Дженнифер Кертис, автор работы, опубликованной в журнале Langmuir.
Предыдущие эксперименты по термохимической нанолитографии проводились на таких субстратах, как полимеры, пьезоэлектрики, органические полупроводники и графен. В работе инженеры использовали в качестве подложки органические соединения — амины, которые при помощи разогретого зонда переводили из одного химического состояния в другое.
Регулируя температуру и степень превращения, физики меняли оттенки серого на отдельных участках подложки — пикселях, размер которых составлял всего 125 нанометров.
Чем больше тепла, тем светлее оказывался участок поверхности, например участки лба и руки Моны Лизы. На участках, соответствующих темной одежде и волосам, зонд нагревали меньше всего.
По словам ученых, при помощи любой другой существующей техники трудно достичь столь высокоточного регулирования хода химических реакций. Диапазон применения подобных результатов весьма широк. «Хотя наша работа и сконцентрирована на изменении химических свойств аминов, этот метод может быть распространен на изменение других полезных свойств веществ, таких как концентрация протеинов, проводимость графена, флюоресценция молекул и многое другое, что можно регулировать термохимическими реакциями», — уверены ученые.
«Эта техника сделает возможным проведение широкого круга экспериментов, невозможных ранее, и найдет применение в таких областях, как наноэлектроника, оптоэлектроника и биоинженерия», — считает Кертис.
Еще одним преимуществом, по его словам, является то, что атомно-силовые микроскопы давно применяются в промышленности.
Это сделает применение техники термохимической нанолитографии доступным в научных и промышленных лабораториях. Чтобы продемонстрировать возможные применения этой техники в будущем, инженеры объединили сразу пять термических зондов в один кластер, значительно увеличив скорость литографии. Двигаясь дальше в этом направлении, ученые мечтают создать устройства, способные наносить изображения с рекордным разрешением на поверхности, линейные размеры которых в миллиарды раз превосходят сам «печатающий» механизм.