Il y a une raison simple pour laquelle les gadgets de haute technologie comme les PC, les téléviseurs et les smartphones sont si bon marché : ils sont produits en masse. En répartissant d’énormes coûts d’ingénierie sur des volumes de production tout aussi énormes, le coût par article peut rester assez faible. Le revers de la médaille est que les appareils qui ne concernent qu’un petit marché de niche peuvent être extrêmement coûteux, même s’ils semblent assez simples.
[Baird Bankovic], étudiant de premier cycle à la Penn State University, a découvert cela alors qu’il travaillait avec un microscope à effet tunnel (STM). Il a remarqué que les machines utilisées pour fabriquer les sondes STM, un processus assez simple, coûtaient plus de 7 500 dollars. Cela l’a inspiré à fabriquer une machine de gravure de sonde STM bon marché en utilisant de simples pièces homebrew.
Si vous n’êtes pas familier avec la microscopie à effet tunnel, voici en quelques mots son fonctionnement : une aiguille en tungstène très pointue est positionnée quelques nanomètres au-dessus de l’échantillon à analyser, et une petite tension est appliquée entre les deux. Grâce à un effet connu sous le nom tunnel quantique, un petit courant circule alors entre la sonde et l’échantillon. En observant ce courant et en balayant la sonde à travers l’échantillon, une image tridimensionnelle de la surface est obtenue avec une résolution inférieure au nanomètre.
L’un des nombreux facteurs qui déterminent la qualité de l’image est la netteté de la sonde. Étant donné qu’une sonde très pointue est extrêmement fragile et sujette à l’oxydation, elle est généralement fabriquée sur place en plongeant un morceau de fil de tungstène dans un agent de gravure dans l’une de ces machines coûteuses.
C’est exactement ce que [Baird]C’est ce que fait l’appareil de : une boîte de Pétri sur un cadre imprimé en 3D contient un volume de solution d’hydroxyde de sodium, tandis qu’un étage Z à vis à vérin déplace un support de sonde de haut en bas. Un morceau de fil de tungstène est plongé dans la solution et une tension est appliquée pour démarrer le processus de gravure. Étant donné que la majeure partie de la gravure se produit à la surface du liquide, le fil devient progressivement plus fin à ce stade jusqu’à ce qu’il se casse et que la moitié inférieure tombe. Lorsque cela se produit, le courant traversant le fil change rapidement, ce qui amène la machine à retirer le fil de la solution et à arrêter le processus de gravure.
Les sondes résultantes ont une pointe pointue bien définie avec une largeur estimée à environ 50 nanomètres, ce qui est assez impressionnant pour une configuration aussi simple. L’ensemble de la conception matérielle est open source et disponible sur [Baird]La page GitHub de que tout le monde peut reproduire. Les aiguilles de la taille d’un nanomètre peuvent sembler utiles uniquement à ceux qui disposent d’une configuration STM professionnelle, mais elles sont également utiles pour toutes sortes d’expériences d’imagerie à l’échelle atomique faites maison.
