We report on a new atomic force microscope (AFM)-based data storage concept called the “Millipede” that has a potentially ultrahigh density, terabit capacity, small form factor, and high data rate. Its potential for ultrahigh storage density has been demonstrated by a new thermomechanical local-probe technique to store and read back data in very thin polymer films. With this new technique, 30–40-nm-sized bit indentations of similar pitch size have been made by a single cantilever/tip in a thin (50-nm) polymethylmethacrylate (PMMA) layer, resulting in a data storage density of 400–500 Gb/in. 2 High data rates are achieved by parallel operation of large two-dimensional (2D) AFM arrays that have been batch-fabricated by silicon surface-micromachining techniques. The very large scale integration (VLSI) of micro/nanomechanical devices (cantilevers/tips) on a single chip leads to the largest and densest 2D array of 32 × 32 (1024) AFM cantilevers with integrated write/read storage functionality ever built. Time-multiplexed electronics control the write/read storage cycles for parallel operation of the Millipede array chip. Initial areal densities of 100–200 Gb/in. 2 have been achieved with the 32 × 32 array chip, which has potential for further improvements. In addition to data storage in polymers or other media, and not excluding magnetics, we envision areas in nanoscale science and technology such as lithography, high-speed/large-scale imaging, molecular and atomic manipulation, and many others in which Millipede may open up new perspectives and opportunities.

We report nanoscale mechanical heterogeneity of a metallic glass characterized by dynamic force microscopy. Apparent energy dissipation with a variation of ~12%, originating from nonuniform distribution of local viscoelasticity, was observed. The correlation length of the heterogeneity was measured to be ~2.5 nm, consistent with the dimension of shear transformation zones for plastic flow. This study provides the first experimental evidence on the nanoscale viscoelastic heterogeneity in metallic glasses and may fill the gap between atomic models and macroscopic glass properties.

Dielectrophoresis is used to align carbon nanotubes (CNTs) within gelatin methacrylate (GelMA) hydrogels in a facile and rapid manner. Aligned GelMA-CNT hydrogels show higher electrical properties compared with pristine and randomly distributed CNTs in GelMA hydrogels. The muscle cells cultured on these materials demonstrate higher maturation compared with cells cultured on pristine and randomly distributed CNTs in GelMA hydrogels. As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

Biological scaffolds with tunable electrical and mechanical properties are of great interest in many different fields, such as regenerative medicine, biorobotics, and biosensing. In this study, dielectrophoresis (DEP) was used to vertically align carbon nanotubes (CNTs) within methacrylated gelatin (GelMA) hydrogels in a robust, simple, and rapid manner. GelMA-aligned CNT hydrogels showed anisotropic electrical conductivity and superior mechanical properties compared with pristine GelMA hydrogels and GelMA hydrogels containing randomly distributed CNTs. Skeletal muscle cells grown on vertically aligned CNTs in GelMA hydrogels yielded a higher number of functional myofibers than cells that were cultured on hydrogels with randomly distributed CNTs and horizontally aligned CNTs, as confirmed by the expression of myogenic genes and proteins. In addition, the myogenic gene and protein expression increased more profoundly after applying electrical stimulation along the direction of the aligned CNTs due to the anisotropic conductivity of the hybrid GelMA-vertically aligned CNT hydrogels. We believe that platform could attract great attention in other biomedical applications, such as biosensing, bioelectronics, and creating functional biomedical devices.

Abstract β-relaxation has long been attributed to localized motion of constituent molecules or atoms confined to isolated regions in glasses. However, direct experimental evidence to support this spatially heterogeneous scenario is still missing. Here we report the evolution of nanoscale structural heterogeneity in a metallic glass during β-relaxation by utilizing amplitude-modulation dynamic atomic force microscopy. The successive degeneration of heterogeneity during β-relaxation can be well described by the Kohlrausch–Williams–Watts equation. The characteristic relaxation time and activation energy of the heterogeneity evolution are in accord with those of excess enthalpy release by β-relaxation. Our study correlates β-relaxation with nanoscale spatial heterogeneity and provides direct evidence on the structural origins of β-relaxation in metallic glasses.

Understanding the evolution of local structure and mobility of disordered glassy materials induced by external stress is critical in modeling their mechanical deformation in the nonlinear regime. Several techniques have shown acceleration of molecular mobility of various amorphous glasses under macroscopic tensile deformation, but it remains a major challenge to visualize such a relationship at the nanoscale. Here, we employ a new approach based on atomic force microscopy in nanorheology mode for quantifying the local dynamic responses of a polymer glass induced by nanoscale compression. By increasing the compression level from linear elastic to plastic deformation, we observe an increase in the mechanical loss tangent (tan δ), evidencing the enhancement of polymer mobility induced by large stress. Notably, tan δ images directly reveal the preferential effect of the large compression on the dynamic acceleration of nanoscale heterogeneities with initially slow mobility, which is clearly different from that induced by increasing temperature.

It is critical to understand molecular ordering processes in small-molecule organic semiconductor (OSC) films in optimizing electronic device applications, although it is difficult to observe and investigate the ordering characteristics at a mesoscopic or device scale. Here, we report that friction force microscopy (FFM) allows visualizing the ordering transformation process from a thermodynamically metastable phase to a stable phase at a mesoscopic scale. We utilized 2-octyl-benzothieno[3,2-

Abstract Natural rubber (NR) films with different natural networks—concentrated NR (CNR), deproteinized NR (DPNR), and small rubber particles (SRP)—are investigated to explore the relationship between network structure and film properties using atomic force microscopy (AFM) in PeakForce Quantitative Nanomechanics (QNM) mode. Nitrogen content, gel content, and particle size distribution analyses reveal distinct network topologies in each latex type. Mechanical testing shows variations in tensile strength and crosslink density. AFM analysis provides insights into the crosslink network structures within the pre‐vulcanized latex film. It is found that DPNR and CNR films have a uniform distribution of crosslink networks, with DPNR exhibiting higher Young's modulus values. In contrast, SRP shows varying Young's modulus values, suggesting poor coalescence arising from a harder particle surface and a softer rubber core in an inhomogeneous network structure intrinsic to the non‐rubber components (NRCs) make‐up of SRP latex. This study highlights the pivotal role of natural network structures formed by NRCs in determining the ultimate properties of latex films, which has significant implications for the rubber industry, particularly in the production of latex‐dipped products, medical devices, and bioengineering applications.

ABSTRACT Treatment of silica-filled rubber vulcanizates with a diethyl ether/concentrated hydrochloric acid solution for 96 h at room temperature can remove most Zn compounds smaller than approximately 90 nm, which account for most of the residual ZnO, rubber-soluble Zn compounds and ZnS resulting from crosslinking reactions of by-products. However, a very small number of giant ZnO particles of a few micrometers in size remain after such treatment. In the silica-filled SBR matrix treated for 96 h, a significant increase in crosslink density and Young’s modulus was observed due to crosslinking reactions after HCl was removed from HCl-added rubber molecules. This increase in crosslink density was accompanied by an increase in the surrounding layer of bound rubber closest to the silica of the two bound rubber layers around it and a decrease in the rubber matrix of the same volume. It is inferred that there was little change in the aggregate structure of the silica due to these volume changes. Alternatively, ultra-small X-ray scattering measurements of the treated samples showed shoulders derived from silica aggregates and clear high-resolution X-ray computed microtomography (X-ray CT) images were obtained due to the removal of Zn compounds smaller than approximately 90 nm in size. The relationship between these shoulders and the size of silica aggregates obtained by X-ray CT imaging was qualitatively consistent, and it was not affected by the presence or absence of bis-(3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide and 1,3-diphenylguanidine, but was dependent on the rubber type. The distance between nearest neighbor particles of silica aggregates, determined by X-ray CT imaging, also depended on the types of rubber.