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电子束为“墨” 石墨烯当“纸” 中丹科学家合作开发出纳米书写技术
清华大学绿色反应工程与工艺北京市重点实验室    2013-07-09 17:03:10   
据物理学家组织网6月24日报道,中国清华大学和丹麦理工大学科学家合作,演示了一种简单而有效的方法:用电子束有选择地打破石墨烯单分子层的碳原子键,可实现在纳米尺度上书写。这种纳米书写技术为将来以极高分辨率记录信息,制作微型电子设备中的纳米电路提供了可靠手段。相关论文发表在近期英国物理学会(IOP)科学期刊《纳米技术》上。

  “从古至今,信息记录能力与人类的文明进程直接相关。纸和墨水是记录历史的两种基本工具。当前,信息通讯已经深入到前所未及的尺度。”丹麦理工大学研究人员张威(音译)说,“我们的研究证明了以位置和大小都可控的方式来操纵电子,直接在最薄材料石墨烯上书写的可行性。”

  纳米书写本质上是在纳米尺度操纵事物,至今已被广泛研究。现有方法可分为两大类:一种是光刻印刷(自上而下),这是把预先做好的图案印制在底板上,但分辨率有限;另一种是自组装(自下而上),这种方法能操纵单个原子或分子,但在控制能力上还面临很大挑战。

  研究人员把这两类方法结合在一起,克服了两方面的不足,并在石墨烯上进行了演示。新的纳米书写技术提供了良好的可控性和高分辨率,所演示的字体大小线宽仅有2到3纳米。此外,经书写后石墨烯还能保持不变形。

  清华大学化学工程系的张强说,石墨烯的平整性为它作为“世界上最薄的纸”提供了绝佳条件,但要想直接在上面书写,还必须找到合适的“墨水”。这种“墨水”必须既满足分辨率的要求,又具有可视化功能。

  投射电子显微镜(TEM)中的高能电子是最佳选择。石墨烯中的碳原子对许多照射效果都很敏感,一束300KeV(千电子伏)的电子束能打断单层石墨烯上局部的碳—碳键,键断裂时碳原子被击出,形成一个空悬的键,会吸引真空中和石墨烯表面其他形式的碳。一些新的无定形碳被吸引到悬着的键上,稳定了这一边缘,如此这般沿着电子束扫描的方向一路下来。

  研究人员还表示,希望能进一步提高这种纳米书写技术的分辨率和书写效率。“如果用软件预先设计好形状,还可实现更复杂的书写。”张强说,“最终目标是实现在原子尺度的轻松书写和精确的电子线路设计。”

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