•Notícia

Investigadors de l’Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Industrial de Barcelona (ETSEIB) de la Universitat Politècnica de Catalunya • BarcelonaTech (UPC), juntament amb altres científics internacionals, han descobert característiques úniques en contactes que es donen entre superfícies metàl·liques de materials a escala nanomètrica.

Els resultats de la investigació, publicats recentment a les revistes de referència internacional Science i Physical Review Letters, són clau pel disseny mecànic i el control del desgast de microdispositius, com ara els MEMS (sistemes microelectromecànics); entre aquests s’inclouen els que funcionen a temperatures elevades i els que tenen capes fines, que es fan servir, per exemple, en microrobots per a l’alliberament de fàrmacs dins del cos. Les principals aplicacions d’aquests dispositius i capes fines involucren àrees com la microelectrònica (ordinadors i altres aparells electrònics), la microfluídica, l’optoelectrònica i la fotònica.

La investigació mostra nous defectes que es donen en els materials a escala atòmica, i que eren desconeguts fins ara. Això explica la raó per la qual certes superfícies metàl·liques tenen major duresa que altres a escala nanomètrica. L'estudi també demostra la influència que exerceixen la temperatura i la velocitat amb les quals impacta una superfície contra una altra en el comportament dels nanocontactes.

L’equip d’investigadors, encapçalat per Jorge Alcalá, del Departament de Ciència dels Materials i Enginyeria Metal·lúrgica de la UPC, ha estudiat per primer cop els processos de plasticitat incipient que produeixen dany permanent i desgast en superfícies metàl·liques d’alta duresa. El treball estén el coneixement actual per a superfícies metàl·liques toves a altres materials que, per la seva major duresa, resulten d'interès en l'enginyeria de superfícies, com ara el ferro (Fe), el tàntal (Ta), el wolframi (W) o el molibdè (Mo).

D’altra banda, la recerca ha posat de relleu que els grans gradients de deformació que es produeixen en els nanocontactes poden ser utilitzats per produir una resposta elèctrica en una capa fina d’un material amb propietats piezoelèctriques. Els científics han demostrat una nova manera d'escriure bits d'informació digital en sistemes d’emmagatzemament de dades, mitjançant un fenòmen que es coneix com flexoelectricitat i que han fet servir els científics de manera innovadora. Aquest fenòmen permet controlar la polarització elèctrica de la capa fina, mitjançant l'acoplament electromecànic que s'indueix en els nanocontactes. Això pot portar a millorar l'eficiència del procés d'escriptura en aquests sistemes d'emmagatzemament.

El mecanisme que han fet servir els científics converteix la pressió mecànica en informació, ja que la flexoelectricitat replica, a escala nanomètrica, el funcionament d’una màquina d’escriure. Habitualment, els sistemes d'emmagatzemament d'informació utilitzen processos magnètics de gravació, però segons els resultats de la nova recerca es pot obtenir el mateix efecte mitjançant la variació de les deformacions induïdes per una punta d'un microscopi de forces atòmiques sobre el material.

Aquest descobriment obre el camí per augmentar la capacitat de memòria i la robustesa dels discs durs, i altres aplicacions on els bits d'informació podrien ser escrits mecànicament i llegits elèctricament. 

En la primera part de la recerca han participat el Dr. Juergen Biener, del Lawrence Livermore National Laboratory, i la professora Andrea Hodge, de la University of Southern California. En l'ecriptura de bits mitjançant flexoelectricitat, els investigadors de la UPC han col·laborat amb el Dr. Gustau Catalán, de l’Institut Català de Recerca i Estudis Avançats (ICREA), i el professor Alex Gruverman, de la University of Nebraska.