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Nano Lube podría hacer posible una memoria ultradensa
Los investigadores han ayudado a allanar el camino para los chips de memoria que son de 10 a 100 veces más densos que los dispositivos actuales, al desarrollar una forma de reducir la fricción a nanoescala. El método podría tener implicaciones de gran alcance para los sistemas micro y nanoelectromecánicos (MEMS y NEMS), que se utilizan para almacenamiento y otras aplicaciones en comunicaciones e informática.
Esta figura muestra la dramática reducción en la fricción que ocurre cuando la punta de un microscopio de fuerza atómica vibra mientras se mueve a través de una superficie. Reducir la fricción podría ayudar a crear dispositivos de memoria muy densos. (Cortesía de Anisoara Socoliuc, Universidad de Basilea).
Los lubricantes líquidos no funcionan a nanoescala; como resultado, los pequeños dispositivos mecánicos pueden desgastarse demasiado rápido para ser prácticos. Ahora, los físicos de la Universidad de Basilea en Suiza han desarrollado un método de lubricación en seco que utiliza pequeñas vibraciones para evitar que las piezas se desgasten.
El método, descrito en la edición actual de Ciencias , podría ser particularmente útil para una nueva clase de dispositivos de memoria, iniciada por IBM con su tecnología Milpiés, que utiliza miles de puntas de microscopios de fuerza atómica para escribir bits físicamente en una superficie haciendo divots en un sustrato de polímero y luego leyéndolos. El nano lubricante también podría encontrar usos con pequeños espejos giratorios que podrían servir como enrutadores ópticos en comunicaciones e interruptores mecánicos, reemplazando transistores en procesadores de computadora, reduciendo así el consumo de energía.
Los dispositivos basados en NEMS y MEMS son algunas de las nuevas nanotecnologías más prometedoras. Sin embargo, la comercialización de aplicaciones como Milpiés, que podría almacenar más de 25 DVD en un área del tamaño de una estampilla postal, se ha retrasado en parte por el desgaste causado por la fricción. De hecho, la fricción es un problema particular en micro o nanodispositivos, donde los contactos entre superficies son puntos diminutos que pueden causar mucho daño.
En cuanto a los dispositivos a nanoescala, esta área de contacto se vuelve cada vez más pequeña, por lo que hay menos superficie donde se puede disipar el calor, dice Anisoara Socoliuc, físico de la Universidad de Basilea y coautor de la Ciencias artículo. Esto lleva al desgaste. Es muy fácil romper o dañar el material a esta pequeña escala.
En sus experimentos, los investigadores suizos movieron la punta de un microscopio de fuerza atómica hecha de silicio a través de un material de prueba de cloruro de sodio o bromuro de potasio. Por lo general, la punta ultrafilada se desplazaría en forma de pegar y deslizar, ya que la fricción se acumula repetidamente hasta que la punta se libera repentinamente. (El mismo mecanismo físico explica el chirrido de las bisagras de las puertas). Los investigadores resolvieron el problema de las puntas adhesivas al hacer oscilar las puntas usando voltajes cambiantes. Las vibraciones, que son tan pequeñas que la punta permanece en contacto continuo con el material, evitan que la energía se acumule y se libere repentinamente. Como resultado, la fricción se reduce 100 veces.
Se han probado varios otros métodos de nanolubricación, que incluyen ralentizar el movimiento de las piezas mecánicas a un ritmo lento; pero estos no han sido prácticos: muchos dispositivos, por ejemplo, necesitan moverse a velocidades relativamente altas. En un estudio anterior, los autores del trabajo actual también mostraron que disminuir cuidadosamente la cantidad de presión entre dos superficies podría disminuir la fricción; pero esto resultó difícil de controlar.
El nuevo método, que promete ser mucho más práctico, resuelve una parte clave de los problemas de desgaste que reduce la confiabilidad de los chips de memoria tipo Milpiés, dice William King, profesor de ingeniería mecánica de Georgia Tech, quien trabajó en el sistema Milpiés de IBM y ahora es científico. asesor de una empresa de nueva creación, Nanochip , en Freemont, CA, que está desarrollando una memoria similar basada en MEMS y matrices de puntas de microscopía de fuerza atómica. King señala, sin embargo, que el desgaste de otros mecanismos, como los cambios químicos en el material a lo largo del tiempo, sigue siendo un problema.
Robert Carpick, profesor de ingeniería física en la Universidad de Wisconsin-Madison, señala que es necesario realizar más investigaciones antes de que este método pueda usarse en MEMS y NEMS reales, pero que es un estudio importante. ¿Qué dispositivos podría habilitar esto? Depende de la imaginación, en última instancia. Queda mucho por hacer, pero realmente es un resultado notable, dice.