丹麥技術大學（DTU）與 Graphene Flagship 研究團隊，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。

　　據(jù)悉，2D 材料的精確“圖案化”，是利用其機型計算和存儲的一種方法。不過與當前的技術相比，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)成為了物理學和材料技術領域的重要發(fā)現(xiàn)之一?？芍渚哂休^其它已知材料更堅固、光滑、輕量，且在導熱與導電性能上也更加優(yōu)異。

　　基于此，DTU 研究人員設想，若能夠在這些材料身上實現(xiàn)可編程性，便可在 2D 層面上創(chuàng)造精致的“圖案”，進而迎合不同的應用需求、顯著改變相關材料的特性。

　　十多年來，DTU 科學家們一直在 1500 平方米的潔凈室設施中使用先進光刻機，致力于改進二維材料圖案化的新技術。

　　在丹麥國家研究基金會與 Graphene Flagship 的部分支持下，DTU 在納米結構石墨烯中心開展了長期深入的研究。

　　新消息是，DTU Nanolab 的電子束光刻系統(tǒng)，已經(jīng)能夠實現(xiàn) 10nm 的工藝精度。計算機能夠準確預測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算。

　　然而這些計算要求的分辨率，較現(xiàn)有強的光刻系統(tǒng)所能實現(xiàn)的分辨率更高一級 —— 即原子級的解析力。

　　納米結構可改變 2D 材料的電子與光子特性

　　DTU 物理學教授兼組長 Peter B?ggild 表示：“若我們想要開辟量子電子學的未來，必須要實現(xiàn) 10nm 以下工藝、并盡可能地接近原子尺度”。

　　早在 2019 年，研究團隊就已經(jīng)展示過 12nm 間距放置的圓孔，并成功地將半金屬石墨烯轉化為半導體。

　　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)自旋對電子進行分類，并未自旋電子學或谷電子學創(chuàng)造必要的組件。

　　此外這項技術也適用于其它二維材料，得益于這些超小型的結構，我們能夠創(chuàng)建非常緊湊、且電可調(diào)的超透鏡，進而為高速通信和生物技術等領域提供支撐。

　　據(jù)悉，這項研究由博士后 Lene Gammelgaard 負責帶領。她于 2013 年畢業(yè)于 DTU，此后在 2D 材料的實驗探索中發(fā)揮了至關重要的作用。

　　她表示，這項技術的巧妙之處，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。若挖個三角形孔，新技術可將可縮出一個具有自銳角較小三角形。

　　通常情況下，當我們將圖案縮小時，它會變得不那么完美。不過得益于重構的新理論，我們可預測出較好的結構。

　　舉個例子，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的一個重要組成部分。

　　新技術讓我們距離量子材料更近了一步（來自：ACS 應用材料與界面）

　　作為新研究的另一位關鍵人物，對納米物理擁有濃厚興趣的年輕學生 Dorte Danielsen 解釋稱：“超分辨率”結構的背后機理，目前仍不是很清楚。

　　對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，這對我們來說仍然是一項激動人心且非常實用的技術。

　　與此同時，對于全球數(shù)以千計的研究人員來說，這也是一個好消息，因為他們正在推動二維納米電子學與納米光子學的發(fā)展。

　　在丹麥獨立研究基金的支持下，Dorte Danielsen 將在 METATUNE 項目中，繼續(xù)她對頂尖納米結構的相關研究。此處協(xié)助開發(fā)的技術，則有助于打造和探索支持電調(diào)諧的光學超透鏡。