محققان دانشگاه لافبورو ویولنی میکروسکوپی از پلاتین ساختهاند که در عرض موی انسان جا میگیرد؛ اثری نمایشی که فراتر از شوخی، پایهای برای پژوهشهای نسل بعدی ذخیرهسازی و محاسبات است.
ویولن میکروسکوپی: یک نمایش از دقت نانولیتوگرافی
این «کوچکترین ویولن جهان» طولی برابر ۳۵ میکرون و پهنایی معادل ۱۳ میکرون دارد و در واقع برای نواختن ساخته نشده است؛ بلکه نمونهای تصویری است که دقت سیستم نانولیتوگرافی جدید دانشگاه را محک میزند. یک میکرون برابر یک میلیونم متر است؛ برای مقایسه قطر تار موی انسان بین ۱۷ تا ۱۸۰ میکرون است و موجوداتی مانند تاردیگرادها بین ۵۰ تا ۱۲۰۰ میکرون اندازه دارند.
این ساختار روی یک تراشه با دو لایه رزست ایجاد شد؛ ابتدا با استفاده از دستگاه NanoFrazor الگو با نوکی گرم و حساس بر سطح حک شد، سپس لایه زیری حل شد تا حفرهای به شکل ویولن باقی بماند، بعد لایهای نازک از پلاتین نشاندند و در پایان مواد اضافی با استون پاک شد. کل فرآیند حدوداً سه ساعت طول میکشد اما رسیدن به نسخه نهایی ماهها اصلاح و بهینهسازی نیاز داشت. تصویر این ساز کوچک در کنار یک موی انسان توسط میکروسکوپ دیجیتال Keyence VHX-7000N ثبت شد.
NanoFrazor و فناوری پشت صحنه
هسته این آزمایشگاه جدید را دستگاه NanoFrazor از شرکت Heidelberg Instruments تشکیل میدهد. این دستگاه از لیتوگرافی با نوک حرارتی (thermal scanning probe lithography) استفاده میکند؛ روشی که در آن یک نوک سوزنیشکل گرم الگوهایی در مقیاس نانو میتراشد. کل سیستم در یک glovebox ایزوله قرار دارد تا از آلودگی ناشی از گرد و غبار یا رطوبت محافظت شود.
پروفسور کلی موریسون، رئیس بخش فیزیک، میگوید ساختن چنین نمونههایی اگرچه در ظاهر شوخیگونه است، اما درسهای پیدرپی از آن زیرساخت علمی لازم برای پژوهشهای بعدی را فراهم کرده است. سیستم نانولیتوگرافی به محققان امکان میدهد شکلها و رفتار مواد در مقیاس نانو را با نور، میدان مغناطیسی و الکتریسیته طراحی و آزمایش کنند.
کاربردهای پژوهشی: از ذخیرهسازی تا محاسبات الهامگرفته از مغز
یکی از پروژههای کلیدی که از این سیستم بهره میبرد، به سرپرستی دکتر Naëmi Leo روی استفاده کنترلشده از گرما برای بهبود ذخیرهسازی و پردازش دادهها تمرکز دارد. در کار او، ترکیب مواد مغناطیسی و الکتریکی با نانوذراتی که نور را به گرما تبدیل میکنند، میتواند گرادیانهای دمایی ایجاد کند که برای دستگاههای کارآمدتر قابل استفاده باشند.
پروژه دیگری به سرپرستی دکتر Fasil Dejene مواد کوانتومی را بهعنوان جایگزینی برای ذخیرهسازی مغناطیسی سنتی بررسی میکند. هارددیسکها و حافظههای مغناطیسی سنتی با کوچکتر شدن بیتها با مشکلات پایداری مواجه میشوند؛ پژوهش Dejene بهدنبال آزمایش این است که آیا مواد کوانتومی میتوانند حافظههایی کوچکتر، سریعتر و پایدارتر فراهم کنند—که در نهایت ممکن است به ساخت سیستمهای محاسباتی الهامگرفته از مغز کمک کند.
نتیجهگیری
نمونهای مانند «کوچکترین ویولن جهان» بیشتر از یک نمایش فنی است؛ این ساخته نشاندهنده تواناییهای نانولیتوگرافی مدرن و دریچهای به سمت کاربردهای عملی در ذخیرهسازی داده و محاسبات آینده است. با ابزارهایی مانند NanoFrazor و آزمایشهای دقیق، محققان میتوانند رفتار مواد را در مقیاسِ کوچک کشف کرده و راه را برای فناوریهای کارآمدتر و نوآورانهتر هموار کنند.