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Il mondo delle nanotecnologie (1)Nano deriva da nanometro: 1 nm = 10-9 m;

Esempio 1: la barba cresce di qualche nanomentro in pochi secondi dopo essersi rasati.

Esempio 2: i continenti si spostano alla velocità di 3-30 nm/sec.

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Il mondo delle nanotecnologie (2)

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MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems) (1)

Sono dispositivi di dimensioni micrometriche.

È una tecnologia che permette di realizzare dispositivi micromeccanici piuttosto che microelettronici.

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MEMS (Micro-Electro-Mecanical-Systems) (2)

Dispositivi su scala di decine o centinaia di µm.

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Il mondo delle nanotecnologie (3)• 1 nm = 10 diametri atomici entrano in

gioco fenomeni fisici nuovi.

• Problemi fondamentali: (1) come si fabbricano questi oggetti?(2) come si interagisce con questi oggetti?

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Il mondo delle nanotecnologie (4)• Quali sono le leggi di scala delle grandezze fisiche

quando si scende di dimensioni?• Superficie: S = L2 ; Volume V = L3 ;

• Forza di gravità: Fgr = mg = ρ Vg =L3 ;• Pressione = Fgr / S = L ;• Forse di adesione (Van der Waals) = L2 ; Fgr diventa trascurabile per L < 1 mm;

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Il mondo delle nanotecnologie (5)• Attrito: L2 ;• Forze elastiche: Fel = L ;• Energia cinetica: Ek = L3 ;• Energia potenziale: Epot = L3 ;• Energia cinetica rotazionale: L5 ;

L’energia di rotazione diminuisce molto rapidamente con le dimensioni;

Il moto di fluidi entro microcanali è sempre laminare (non ci sono turbolenze):

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Fotolitografia (1)• Dimensioni minime di una linea esposta attraverso

lenti (fotolitografia): L = λ ;

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Fotolitografia (2)

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Microscopia (1)

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Microscopia (2)

Come si “vedono” questi oggetti?

• Microscopia STM (Scanning Tunnelling Microscope) (1982);• Microscopia SFM (Scanning Force Microscope) (1986) o

Microscopia ATM (Atomic Force Microscope) (1986);

Punta

atomo

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Microscopia STM (1)Punta

elettroni

Si basa sul passaggio di elettroni per effetto tunnel dal materiale alla punta del microscopio; si misurano le variazioni di corrente.

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Microscopia STM (2)

scanning dati grezzi vista 3D scala di grigi 3D

Scelta di colori per rappresentare le intensità

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Microscopia STM (3)

Atomo di Xenonsu superficie di nickel

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Microscopia STM (4)È possibile manipolarei singoli atomi e disporli(con molta pazienza) informe “innaturali”.

Atomi di Xenon su rame.

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Microscopia STM (5)

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Microscopia STM (6)Atomi di COAtomi di Xenon su rame

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Microscopia STM (7)Verifica dellainterferenzadelle onde diprobabilità della meccanica quantistica.

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Microscopia SFM (1)

Si basa sulla misura della deflessione meccanica della punta.

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Microscopia SFM (2)

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Microscopia SFM (3)

Le forze che provocano la deflessione sono di vario genere:

- Van der Waals;- forze chimiche; - forze repulsive a corto raggio; - forze magnetiche ed elettriche;- interazioni nei liquidi;

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Microscopia SFM (4)

Rilievo di 15 nmsu una superficie.

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Microscopia SFM (5)

Ci sono alcuni aspetti da sottolineare:

- il contatto della punta può modificare la superficie

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Microscopia SFM (6)

- la dimensione laterale della punta deve essere tenuta in conto perché si modifica la risposta del sistema:

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Le punte

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Le leve (cantilever) (1)

Sono essenziali nella AFM/SFM. Possono essere inseriti in circuiti integrati essendo fatti di silicio.

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Le leve (cantilever) (2)

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Come usare le nanotecnologie?

Che cosa si può fare?

3) Costruire transistor sempre più piccoli (5 nm oggi);4) Costruire dispositivi elettro-ottico-meccanici molto piccoli (micrometri o meno).

Esempio: come aumentare la densità di informazioni immagazzinabile su un supporto?

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Data Storage (1) Risposta 1: fare dei “buchi” meccanici sul supporto.

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Data Storage (2) Risposta 2: fare dei dischi ottici multistrato.

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Il Millipiede (1)

Il “Millepiede IBM” è una struttura in cui viene replicatamoltissime volte in un unico chip la struttura della singola leva + punta che permette di scrivere riscaldandola punta, e quindi creando dei “buchi” attraverso la pressione, della punta stessa, e poi di rileggere il datoraffreddando la punta stessa.

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Il Millipiede (2)

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Il Millipiede (3)

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