丹麥技術(shù)大學(xué)（DTU）與 Graphene Flagship 研究團(tuán)隊(duì)，剛剛介紹了一種可將納米材料制造工藝提升到新水平的新技術(shù)。
據(jù)悉，2D 材料的精確“圖案化”，是利用其機(jī)型計(jì)算和存儲(chǔ)的一種方法。不過與當(dāng)前的技術(shù)相比，新方案可為 10nm 以下的納米材料，帶來更高的性能、以及更低的功耗。
可蝕刻六方氮化硼材料晶體（圖 via SCI Tech Daily）
近年來，以石墨烯為代表的二維材料，已經(jīng)成為了物理學(xué)和材料技術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)現(xiàn)之一。可知其具有較其它已知材料更堅(jiān)固、光滑、輕量，且在導(dǎo)熱與導(dǎo)電性能上也更加優(yōu)異。
基于此，DTU 研究人員設(shè)想，若能夠在這些材料身上實(shí)現(xiàn)可編程性，便可在 2D 層面上創(chuàng)造精致的“圖案”，進(jìn)而迎合不同的應(yīng)用需求、顯著改變相關(guān)材料的特性。
十多年來，DTU 科學(xué)家們一直在 1500 平方米的潔凈室設(shè)施中使用先進(jìn)光刻機(jī)，致力于改進(jìn)二維材料圖案化的新技術(shù)。
在丹麥國(guó)家研究基金會(huì)與 Graphene Flagship 的部分支持下，DTU 在納米結(jié)構(gòu)石墨烯中心開展了長(zhǎng)期深入的研究。
新消息是，DTU Nanolab 的電子束光刻系統(tǒng)，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn) 10nm 的工藝精度。計(jì)算機(jī)能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)石墨烯中圖案的形狀和大小，以創(chuàng)造新型電子產(chǎn)品。
它們可以利用電子的電荷和量子特性 —— 比如自旋和谷自由度 —— 以通過低得多的功耗來開展高速計(jì)算。
然而這些計(jì)算要求的分辨率，較現(xiàn)有強(qiáng)的光刻系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的分辨率更高一級(jí) —— 即原子級(jí)的解析力。
納米結(jié)構(gòu)可改變 2D 材料的電子與光子特性
DTU 物理學(xué)教授兼組長(zhǎng) Peter B?ggild 表示：“若我們想要開辟量子電子學(xué)的未來，必須要實(shí)現(xiàn) 10nm 以下工藝、并盡可能地接近原子尺度”。
早在 2019 年，研究團(tuán)隊(duì)就已經(jīng)展示過 12nm 間距放置的圓孔，并成功地將半金屬石墨烯轉(zhuǎn)化為半導(dǎo)體。
現(xiàn)在，我們知道了如何創(chuàng)建具有納米尖角的圓孔與其它形狀，比如三角形。這種模式可根據(jù)自旋對(duì)電子進(jìn)行分類，并未自旋電子學(xué)或谷電子學(xué)創(chuàng)造必要的組件。
此外這項(xiàng)技術(shù)也適用于其它二維材料，得益于這些超小型的結(jié)構(gòu)，我們能夠創(chuàng)建非常緊湊、且電可調(diào)的超透鏡，進(jìn)而為高速通信和生物技術(shù)等領(lǐng)域提供支撐。
據(jù)悉，這項(xiàng)研究由博士后 Lene Gammelgaard 負(fù)責(zé)帶領(lǐng)。她于 2013 年畢業(yè)于 DTU，此后在 2D 材料的實(shí)驗(yàn)探索中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。
她表示，這項(xiàng)技術(shù)的巧妙之處，在于將六邊形的氮化硼納米材料放在你想要“圖案化”的材料上，然后使用特定的蝕刻配方進(jìn)行鉆孔。
過去幾年，我們開發(fā)的蝕刻工藝已將圖案尺寸縮小到了電子束光刻系統(tǒng)無法突破的大約 10 nm 極限之下。
以制作一個(gè)直徑為 20 nm 的圓孔為例，石墨烯中的孔隙可縮到 10 nm。若挖個(gè)三角形孔，新技術(shù)可將可縮出一個(gè)具有自銳角較小三角形。
通常情況下，當(dāng)我們將圖案縮小時(shí)，它會(huì)變得不那么完美。不過得益于重構(gòu)的新理論，我們可預(yù)測(cè)出較好的結(jié)構(gòu)。
舉個(gè)例子，我們可以生產(chǎn)平面形的電子元透鏡。作為一種超緊湊的光學(xué)透鏡，其可在極高的頻率下展開電氣控制，且有望成為未來通信與生物技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。
新技術(shù)讓我們距離量子材料更近了一步（來自：ACS 應(yīng)用材料與界面）
作為新研究的另一位關(guān)鍵人物，對(duì)納米物理?yè)碛袧夂衽d趣的年輕學(xué)生 Dorte Danielsen 解釋稱：“超分辨率”結(jié)構(gòu)的背后機(jī)理，目前仍不是很清楚。
對(duì)于這種意想不到的蝕刻行為，我們有幾種可能的解釋，但仍有很多不太明確的地方。即便如此，這對(duì)我們來說仍然是一項(xiàng)激動(dòng)人心且非常實(shí)用的技術(shù)。
與此同時(shí)，對(duì)于全球數(shù)以千計(jì)的研究人員來說，這也是一個(gè)好消息，因?yàn)樗麄冋谕苿?dòng)二維納米電子學(xué)與納米光子學(xué)的發(fā)展。
在丹麥獨(dú)立研究基金的支持下，Dorte Danielsen 將在 METATUNE 項(xiàng)目中，繼續(xù)她對(duì)頂尖納米結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究。此處協(xié)助開發(fā)的技術(shù)，則有助于打造和探索支持電調(diào)諧的光學(xué)超透鏡。
