世界最小の家、長さ20マイクロメートルの微細構造を電子顕微鏡で構築

フランスのFemto-ST研究所の科学者たちが、走査型電子顕微鏡（SEM）と集束イオンビーム（FIB）、6自由度ロボットを組み合わせ、切断した光ファイバー上に世界最小のマイクロハウス（長さ約20μm）を構築しました。2ナノメートル未満の精度でパターニングと組み立てを実現し、将来のロボティクスと光学応用に道を開きます。

ナノスケールでの組み立てプロセス

真空チャンバー内でナノ組み立てコンポーネントを配置し、電子顕微鏡でプロセスを観察。紙からサイコロを作るようなイメージですが、高度なツールと技術が必要です。FIBをハサミのように使いシリカ膜（紙）を切り出し、壁を折り曲げて所定位置に固定。FIBのガス注入システム（低出力設定）で構造のエッジを固定しました。屋根にタイルパターンをスパッタリングし、システムの柔軟性と精度を実証。300×300μmの微小領域にイオンを照射する必要があり、2人のエンジニアが複数コンピューターでロボットを操作しました。一部自動化済みですが、将来は全工程自動化を目指します。

μRobotexプラットフォームの実証実験

この実験は、10μm以下の微細構造を特性評価・微細組み立てするプラットフォーム「μRobotex」の柔軟性と精度を示す楽しいデモンストレーションでした。このシステムで機能化微細構造を光ファイバーに配置し、血管などアクセス困難な領域に挿入して標的分子を検出可能です。SEM真空チャンバーにマイクロロボットを統合することで、クリーンルーム設備の適用範囲を拡大し、異材料による3D微細構造構築が可能になります。ナノフォトニック結晶、格子、アンテナ、カーボンナノチューブ、3Dバイオセンサーなど、光を閉じ込める多様な光学機能製造メカニズムも提案されています。現在はさらに微小な構造をカーボンナノチューブ（半径10nm）に固定する研究を進めています。

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