電子顯微鏡“變身”立體微雕機
- 發佈時間：2015-11-12 01:30:29 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報北京11月11日電 （記者常麗君）最近，美國能源部橡樹嶺國家實驗室研究人員開發出一種獨特的、製作三維結構的方法，用掃描透射電子顯微鏡發出的電子束做“雕刻刀”，做出的三維結構不僅有精細可控的形狀，而且大小只有幾奈米。
雕刻結構以一種完美的、晶體排列的形式向外生長而成，保證了整個材料有著一致的電子和機械性質。由於雕刻品的精細程度達到單個原子水準，這一技術在製作微晶片等功能性奈米設備方面極為有用。該研究負責人阿爾賓娜·玻利謝維奇説，這種方法能讓他們以更高精度做出更小的結構，更主動地控制材料性質。
據物理學家組織網近日報道，研究人員發現這一方法純屬偶然。當時他們正在觀察一片有瑕疵的鈦酸鍶薄膜，樣本底層是晶體態，上層是非晶體態。當電子束穿過時，材料發生了變形。玻利謝維奇説：“當我們把非晶體層放在電子束下時，好像促進它向更完美的結晶態衍化，電子束確實起了這種作用。”
利用掃描透射電子顯微鏡，射出電子束通過一塊材料，這有點像光刻技術，但光刻只是改變材料的表面。而用精確控制的電子束，“我們能深入塊狀材料內部改變其結構，就像在一座山下面挖隧道，或建一棟房子。”該實驗室的斯蒂芬·傑西説。
研究人員用超級電腦所做的理論計算和模擬表明，在“雕刻”過程中，電子束把能量轉移給了材料中的個別原子，而不是加熱材料的某個區域。玻利謝維奇説：“我們用電子束給系統注入了能量，輕微加快了它的衍化，如果不用電子束推進，時間長了它自己也會如此變化。”
新方法為那些研究材料特徵與厚度關係的科學家提供了一條捷徑。使用該方法不僅可給厚度變化不均的樣本成像，還能給樣本增加厚度，同時觀察發生的情況。在奈米科學中，縮小材料有時會讓它們表現出與大塊材料不同的性質，而新方法能控制這一點，讓研究人員確定在哪下手，怎樣彎曲材料。
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