丹麦技术大学(DTU)和石墨烯旗舰的研究人员将纳米材料的图案艺术提升到了一个新的水平。二维材料的精确模式是计算和存储使用的途径二维材料与目前的技术相比，它可以提供更好的性能和更低的功耗。
物理学和材料技术中最重要的最新发现之一是二维材料，如石墨烯．石墨烯比其他已知材料更强、更光滑、更轻、更擅长导热和导电。
它们最独特的特性也许是它们的可编程性。通过在这些上面创造精致的图案材料我们可以极大地改变它们的性质，并可能制造出我们所需要的东西。
在DTU，科学家们十多年来一直致力于改进二维材料的模式，使用复杂的技术光刻技术机器在1500平方米的洁净室设施。他们的工作基于DTU的纳米结构石墨烯中心，该中心由丹麦国家研究基金会和石墨烯旗舰项目的一部分支持。
DTU纳米实验室的电子束光刻系统可以写下10纳米的细节。计算机计算可以准确预测石墨烯图案的形状和大小，从而创造出新型电子产品。他们可以利用电子的电荷和量子特性，如自旋或谷自由度，从而实现高速计算，而能耗要低得多。然而，这些计算要求更高的分辨率，甚至比最好的光刻系统所能提供的:原子分辨率。
“如果我们真的想打开未来量子电子学的宝库，我们需要进入10纳米以下，接近原子尺度，”DTU物理学教授和小组领导Peter b ø gild说。
而这正是研究人员成功做到的。“2019年，我们展示了直径仅为12纳米的圆孔将半金属石墨烯转变为半导体。现在我们知道如何创建圆形孔和其他形状，如三角形，具有纳米尖角。这种模式可以根据自旋对电子进行分类，并为自旋电子学或山谷电子学创造必要的组件。这项技术也适用于其他2D材料。有了这些超小的结构，我们可以创造出非常紧凑和电调谐的超构透镜，用于高速通信和生物技术。”
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锋利的三角形
这项研究是由博士后Lene Gammelgaard领导的，他是2013年DTU工程专业的毕业生，此后在DTU二维材料的实验探索中扮演了重要角色:“诀窍是将纳米材料六边形氮化硼放置在你想要形成模式的材料上。然后你用特定的蚀刻配方钻洞，”Lene Gammelgaard说，并继续说道:
“在过去几年里，我们开发的蚀刻工艺将图案尺寸缩小到电子束光刻系统的不可突破的极限大约10纳米以下。假设我们做一个直径为20纳米的圆孔;石墨烯中的空穴可以缩小到10纳米。而如果我们做一个三角形的孔，用光刻系统的圆孔，缩小尺寸会产生一个更小的三角形，棱角会自动变尖。通常情况下，当你把图案做得更小的时候，它们会变得更不完美。这正好相反，这让我们能够重建理论预测告诉我们的最佳结构。”
例如，人们可以生产平面电子元透镜——一种超紧凑的光学透镜，可以在非常高的频率下进行电气控制，根据Lene Gammelgaard的说法，它可以成为未来通信技术和生物技术的重要组件。
推到极致
另一个关键人物是一个年轻的学生，Dorte Danielsen。她在2012年9年级的实习中对纳米物理学产生了兴趣，并在2014年的全国高中生科学竞赛中获得了决赛的名次，并在DTU的优秀学生荣誉项目中学习了物理和纳米技术。
她解释说，“超分辨率”结构背后的机制仍然没有很好地理解:“我们对这种意外的蚀刻行为有几种可能的解释，但仍有很多我们不了解的地方。尽管如此，这对我们来说仍然是一项令人兴奋且非常有用的技术。与此同时，这对世界各地数以千计的研究人员来说是个好消息，他们正在推动二维纳米电子学和纳米光子学的极限。”
在丹麦独立研究基金的支持下，在METATUNE项目中，Dorte Danielsen将继续她在非常锐利的纳米结构方面的工作。在这里，她帮助开发的技术将被用于创造和探索可以电调谐的光学超构透镜。
来源:丹麦工业大学
