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电子显微镜变身立体微雕机

时间:2018-09-07 16:36:51| 来源:| 编辑:笔名| 点击:0次

电子显微镜“变身”立体微雕机

北京11月11日电 最近,美国能源部橡树岭国家实验室研究人员开发出一种独特的、制作三维结构的方法,用扫描透射电子显微镜发出的电子束做雕刻刀,做出的三维结构不仅有精细可控的形状,而且大小只有几纳米。

雕刻结构以一种完美的、晶体排列的形式向外生长而成,保证了整个材料有着一致的电子和机械性质。由于雕刻品的精细程度达到单个原子水平,这一技术在制作微芯片等功能性纳米设备方面极为有用。该研究负责人阿尔宾娜玻利谢维奇说,这种方法能让他们以更高精度做出更小的结构,更主动地控制材料性质。

据物理学家组织近道,研究人员发现这一方法纯属偶然。当时他们正在观察一片有瑕疵的钛酸锶薄膜,样本底层是晶体态,上层是非晶体态。当电子束穿过时,材料发生了变形。玻利谢维奇说:当我们把非晶体层放在电子束下时,好像促进它向更完美的结晶态衍化,电子束确实起了这种作用。

利用扫描透射电子显微镜,射出电子束通过一块材料,这有点像光刻技术,但光刻只是改变材料的表面。而用精确控制的电子束,我们能深入块状材料内部改变其结构,就像在一座山下面挖隧道,或建一栋房子。该实验室的斯蒂芬杰西说。

研究人员用超级计算机所做的理论计算和模拟表明

电子显微镜变身立体微雕机

,在雕刻过程中,电子束把能量转移给了材料中的个别原子,而不是加热材料的某个区域。玻利谢维奇说:我们用电子束给系统注入了能量,轻微加快了它的衍化,如果不用电子束推进,时间长了它自己也会如此变化。

新方法为那些研究材料特征与厚度关系的科学家提供了一条捷径。使用该方法不仅可给厚度变化不均的样本成像,还能给样本增加厚度,同时观察发生的情况。在纳米科学中,缩小材料有时会让它们表现出与大块材料不同的性质,而新方法能控制这一点,让研究人员确定在哪下手,怎样弯曲材料。