A partir do final da década de 1970, o desenvolvimento de instrumentos capazes de permitir manipulação controlada e, sobretudo, a visualização de átomos e moléculas individuais, deu origem ao que hoje se chama "nanotecnologia", a engenharia de materiais na escala do nanómetro.
Ainda assim, só em 1981, K. Eric Drexler lançava finalmente o projecto da manipulação molecular, mais tarde publicado no livro "Engines of creation - the comming era of nanotechnology". Em 1992, com a publicação da tese de doutoramento deste mesmo autor, defendida no Massachusetts Institute of Technology, MIT, com o título "Nanosystems: molecular machinery, manufacturing and computation", a nanotecnologia ganha novo impulso na comunidade científica.
Partindo da palestra de Feynman, concebeu um mundo à escala nano de uma forma quase clássica, deixando de lado aspectos essenciais que decorrem da mecânica quântica. Drexler argumentou que, será possível reduzir significativamente a dimensão dos equipamentos de que dispomos hoje, manipulando a matéria à escala nano, havendo a possibilidade de construir nanorobots, que poderão desempenhar tarefas predefínidas. Estes nanorobots seriam estruturas simples que, poderiam, átomo a átomo, não só construir estruturas mais complexas como auto reproduzirem-se.
No processo de desenvolvimento deste novo conceito de tecnologia, existem duas abordagens - Bottom-up (de baixo para cima) e Top-down (de cima para baixo).
A abordagem Bottom-up, inícia o desenvolvimento a partir de estruturas nanométricas, como átomos e moléculas, e através de um processo de montagem ou auto-montagem são criados mecanismos maiores. Aplica-se à criação de estruturas orgânicas, inorgânicas e, mesmo híbridas, átomo por átomo, molécula por molécula.
Grande parte do arcabouço desta abordagem vem do terreno da química e biologia, de onde emergem diferente estratégias para tratar a complexidade, controlar a auto-organização e os efeitos supramoleculares..
Na abordagem Top-down mecanismos e estruturas com uma tecnologia já existentes são miniaturizados até à escala nanométrica, fazendo-se uso de técnicas de etching ou feitas à máquina.
Aqui é notória a clara influência do substrato teórico e experimental que vem da microelectrónica, da engenharia e da física.
O PROCESSO BOTTOM-UP
A abordagem Bottom-up, consiste em tentar construir o material a partir dos seus componentes básicos.
São três os métodos utilizados nste processo. A organização determinada ou montagem posicional (positional assembly), que manipula deliberadamente átomos um por um, sob determinada ordem, da mesma forma que uma criança monta uma estrutura ao "ligar" consecutivamente as peças de um lego. Os mecanismos de encaixe de átomos e moléculas não são, como é evidente, tão triviais como o encaixe de um lego. Além de nem todos os átomos se ligarem entre si, não o fazem de uma só forma (lembremo-nos da química, ligação iónica, covalente, etc.). Num processo químico, verifica-se interacção não só das "peças" que se ligam, mas também das suas vizinhas, contribuindo todas para a harmonia final da estabilidade da ligação química (a interação electromagnética faz-se sentir à distância). Num espaço circunscrito da ordem do nanómetro, participam tipicamente entre 5 a 15 "peças" para o resultado final.
Aqui são utilizadas técnicas como a microscopia por varrimento de sonda para trabalhos em superfícies, ou pinças ópticas em espaço livre.
Outra forma de produção na abordagem de baixo para cima é a auto-organização (self assembly). Nesta técnica, átomos ou moléculas organizam-se de forma autónoma através de inter-acções físicas ou químicas, resultando em nano estruturas ordenadas.
Quando por exemplo, os átomos de germânio são evaporados sobre uma superfície de silício, ao invés de formarem uma camada regular na superfície do último, organizam-se na forma de uma pirâmide devido à diferença da distância entre os átomos nos cristais dos dois materiais.
Na natureza isto ocorre há milhares de anos, temos o exemplo dos cristais de sal ou dos flocos de neve.
Do ponto de vista industrial existe uma técnica com particular interesse, a auto organização dirigida, que envolve o uso de uma força externa que pode ser por exemplo um campo magnético ou eléctrico, por forma a acelerar a auto organização que normalmente é um processo lento.
O último método deste tipo de abordagem é a síntese química (chemical synthesys), de uma forma geral utilizada para produzir matérias primas, nas quais são utilizadas moléculas ou partículas nano. Aqui recorre-se à síntese e manipulação química, baseando-se este tipo de processos na mudança de fase de uma dada substância (denominada percursor), seguida de uma reacção química que possibilita a formação de nanopartículas ou nanomateriais. A investigação é uma componente revelante neste processo, tentando descobrir métodos de síntese química que possibilitem o controlo rigoroso do tamanho, forma e natureza da superfície de nanopartículas de composição química diversa. Estes novos materiais nanoestruturados ainda só existem à escala de síntese laboratorial.
O PROCESSO TOP-DOWN
Nesta abordagem, tenta-se fabricar um objecto nanométrico pela eliminação do excesso de material existente numa peça de matéria prima, à semelhança da maneira como um artista trabalha os pequenos detalhes numa escultura, fazendo um cuidadoso desbaste do excedente de um grande bloco de pedra ou madeira. Este procedimento, "de cima para baixo", recorre à engenharia de precisão e às chamadas técnicas de litografia, que correspondem a uma série de etapas de corrosão química selectiva e extremamente precisa para a preparação final do objecto nanométrico a partir de um bloco macroscópico do material. Actualmente utilizado para fabricar circuitos de microchips, os métodos Top-down têm vondo a ser melhorados e refinados graças à indústria dos semicondutores.
A engenharia de precisão tem na escala o calcanhar de Aquiles, pois é um processo clássico que não tem em conta as interacções de natureza quântica à nanoescala. As ferramentas das máquinas de alta precisão conseguem excelentes desempenhos quer no que diz respeito à precisão, quer no que diz respeito ao acabamento de superfícies. De uma forma geral está ligada à indústria da micro electrónica, desde a produção de wafers planos de semicondutores utilizados como substratos para chips de computadores, passando pelo processo mecânico de posicionamento dos mesmos até à manufactura do sistema óptico de precisão utilizado para imprimir os padrões nestes. É também usada numa vasta gama de produtos, discos rígidos de computador e leitores de cd e dvd.
A litografia, por seu lado, é um processo que envolve a impressão de um padrão sobre uma superfície. A primeira etapa desta técnica consiste em cobrir o material a ser trabalhado (silício por exemplo), com uma fina camada de um polímero-precursor que ao ser tratado por luz, se tornará insolúvel em algumas regiões específicas da amostra, segundo um padrão pré-estabelecido. Usando métodos ópticos, o padrão complementar ao ser desejado pode ser fielmente projectado na amostra coberta pela resina polimérica sensível à luz (foto-litografia). Desta forma, os detalhes mais pequenos registrados na amostra são aproximadamente do tamanho do comprimento da onda da luz utilizada. Detalhes da ordem dos 100 nm podem ser obtidos usando luz ultra-violeta (UV). Finalmente, a amostra é cuidadosamente exposta a uma solução ácida que remove o excesso de material polimérico que não foi exposto à luz e, portanto, não foi polimerizado, deixando assim o silício exposto segundo o padrão desejado.
Actualmente existe um vasto leque de técnicas diferentes denominadas por litografia.
