세계의 작은 집:20마이크로미터 미세 구조

• 과학자들은 주사전자현미경을 사용하여 세계에서 가장 작은 마이크로하우스를 건설합니다. 
• 길이가 거의 20마이크로미터에 달하며 절단된 광섬유를 기반으로 제작되었습니다. 
• 이 실험은 µRobotex의 정확성과 유연성을 보여주는 재미있는 방법이었습니다. 

나노 규모로 작업하는 것은 매우 어려운 작업입니다. 마이크로 종이접기 구조를 개발하려면 복잡한 재료, 조립 기술, 로봇 설계가 많이 필요합니다.

이제 프랑스 Femto-ST 연구소의 과학자들은 이러한 소규모 작업을 수행하는 새로운 방법을 개발했습니다. 그들은 6자유도 로봇을 갖춘 이중빔 주사전자현미경(SEM)/집속이온빔(FIB)을 사용하여 세계에서 가장 작은 마이크로하우스를 제작했습니다.

그들은 처음으로 2나노미터 미만의 정밀도로 패터닝 및 조립을 실현했으며, 이는 미래의 로봇 공학 및 광학 응용 분야에 도움이 될 수 있습니다.

이걸 어떻게 만들었나요?

그들은 진공 챔버 내에서 나노 조립 부품을 결합하고 전자 현미경을 배치하여 전체 과정을 관찰했습니다. 이는 종이 한 장으로 큰 주사위를 만드는 것과 매우 유사하지만 정교한 도구와 기술이 필요합니다.

마이크로하우스 패턴화, 자동 접기 및 설치 

연구원들은 FIB(가위와 같은)를 사용하여 집의 실리카막(종이)을 자르고 모양을 만들었습니다. 벽을 원하는 위치로 접은 후 [저전력 구성에서] FIB의 가스 주입 시스템을 사용하여 구조물의 가장자리를 고정했습니다.

시스템의 유연성과 정확성을 입증하기 위해 구조 지붕에 타일 패턴을 부드럽게 스퍼터링했습니다. 이러한 전체적인 집을 짓는 과정에서 시스템은 실리카 막에 이온을 발사하기 위해 300*300 마이크로미터의 작은 영역에 집중해야 했습니다.

연구원 제공 | 펨토-ST 연구소

이를 위해 2명의 엔지니어가 여러 대의 컴퓨터를 통해 로봇을 조작했습니다. 일부 단계는 이미 자동화되었지만 연구원들은 향후 전체 조립 프로세스를 자동화하기를 희망합니다.

참고자료: Journal of Vacuum Science &Technology | 도이: 10.1116/1.5020128

왜 그랬나요?

이 실험은 치수가 10마이크로미터 미만인 작은 구조를 특성화하고 미세 조립하는 플랫폼인 µRobotex의 작업 [유연성 및 정확성]을 보여주는 재미있는 방법이었습니다. 그 목적은 마이크로 및 나노 기술 분야의 과학자들에게 국제 수준에서 경쟁력 있는 고급 장비를 제공하는 것입니다.

엔지니어는 μRobotex 시스템의 도움으로 기능화된 미세 구조를 구성하여 광섬유에 자체 미세 구조를 배치하여 특정 분자를 식별할 수 있습니다. 그런 다음 이러한 섬유는 표적 분자를 탐지하기 위해 혈관과 같이 접근하기 어렵거나 접근하기 어려운 영역에 삽입됩니다.

또한 실험 결과는 마이크로 로봇을 SEM 진공 챔버와 통합하면 클린룸 시설의 범위를 확장하여 다양한 재료로 3차원 미세 구조를 구축할 수 있는 수단을 제공한다는 것을 보여줍니다.

연구진은 또한 나노광결정, 격자, 안테나, 탄소나노튜브, 종이접기를 이용한 3차원 바이오센서 등을 기반으로 빛을 가두기 위한 여러 유형의 광학 기능을 제조할 수 있는 새로운 메커니즘을 제안했다.

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현재 과학자들은 시스템을 더욱 향상시키기 위해 노력하고 있습니다. 그들은 더 얇은 구조를 만들고 이를 반경 10나노미터만큼 작은 탄소 나노튜브에 고정하기를 원합니다.