新型高精度技术让纳米图形“变身”二维材料

据麦姆斯咨询报道，近日，洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究人员最新研发出一种高精度技术，能够将纳米图形切割成二维（2D）材料。

凭借其开创性的纳米技术，EPFL研究人员让不可能变为了现实。据悉，他们通过微型刀片利用热能来破坏原子之间的作用力。“传统的光刻技术制作2D材料非常困难，因为传统的光刻技术通常会使用腐蚀性化学物质或加速带电粒子（如电子或离子），有损材料性能。”工程学院微系统实验室的研究员兼博士后Xia Liu说道，“但是，我们最新研发的技术通过使用局部热能和压力‘源’可精确地切割成2D材料。”

“我们的技术类似于剪纸工艺，在瑞士很常见，但仅限于小规模制造。”该研究的合著者Ana Conde Rubio解释道，“我们通过热能来改变衬底，使其柔性更佳，在某些情况下甚至可以将升华为气体。这样我们可以更轻松地切割成2D材料。”

锋利的探针

该技术的研究者们Xia Liu、Samuel Howell、Ana Conde Rubio、Giovanni Boero和JürgenBrugger主要使用二碲化钼（MoTe2）——一种类似于石墨烯的二维材料。它的厚度不到1 nm，即三层原子的厚度。然后将MoTe2放在对温度变化敏感的聚合物上。Liu解释说：“当聚合物受热时，它会升华，也就是说会从固态变为气态。”

微工程研究所的研究人员采用了新型纳米结构化技术，称为热扫描探针光刻（thermal scanning probe lithography，t-SPL）技术，其工作方式类似于力扫描显微镜（force scanning microscope）。他们将纳米尺度的锋利探针加热到超过180°C，使其与2D材料接触，然后再施加一点力导致聚合物升华。然后一层薄薄的MoTe2就会脱落，而不会损坏其它材料。

电子元件更小、更高效

研究人员通过该技术可在2D材料中切割出极其精确的图案。“我们采用计算机驱动的系统来控制快速加热和快速冷却工艺以及探针的位置。”另一位合著者Samuel Howell解释道，“该方法可使我们能够预先定义缩进量，从而构造如在纳米电子器件中使用的纳米带。”

但是，在如此小的维度内工作会产生多大的用处呢？“许多2D材料都是半导体，可以集成到电子器件中。”Liu解释道，“这项通用技术将对纳米电子学、纳米光子学和纳米生物技术产生非常大的帮助，因为它将有助于电子元件变小、变得高效。”

致力于更高的准确性

下一阶段将集中于研究更多其它材料，并找到适用于集成纳米系统的材料组合。研究人员希望重新设计悬臂梁及其探针，以使切割过程更加精确。

总的来说，微系统实验室的科学家们正致力于研发新一代适用于柔性微系统的制造技术。“基于聚合物的微机电系统（MEMS）有很多潜在的电子和生物医学领域的应用。”JürgenBrugger教授解释说道，“但是目前我们仍处于在3D微系统中采用功能性聚合物技术研发的早期阶段。”Brugger希望通过专注于模版、印刷工艺、聚合物的定向自组装以及局部热处理等方法来突破现有瓶颈，并为MEMS挖掘新的材料和工艺。