纳米技术：科学家开发出纳米书写技术 石墨烯电子束碳碳键

王兴

作者：张强等 来源：《纳米技术》

发布时间：2013-7-2 14:18:48

科学家开发出纳米书写技术

据物理学家组织网报道，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。”（常丽君）

更多阅读

《纳米技术》发表论文摘要（英文）:

http://iopscience.iop.org/0957-4484/24/27/275301/