三维纳米结构的加工与应用研究取得进展

 

　　三维纳米结构既可具有纳米材料与结构所赋予的量子效应、尺寸效应与表面效应等新奇物性，又可通过三维几何结构实现电声子输运与耦合、自旋极化、激子行为、波阵面调控等物性的协同调制，获得平面器件不具有的功能。目前，三维纳米结构的可控加工方法明显不足，阻碍了三维纳米器件的发展，并制约着高端纳米产业化技术的形成。为获得性能优异的三维纳米结构与器件，国内外展开了多种三维纳米加工技术研究。

 

　　刘哲等人发明了一种基于聚焦离子束的应变诱导三维纳米结构加工新方法，在纳米材料中产生局域化表面再构、缺陷、晶体结构变化，实现了三维空间诱导的纳米材料形变，以此构建三维功能纳米结构与器件。他们首先利用这一技术构筑了一维金属W的自支撑纳米间隙、纳米接触以及纳米多肢体等多种三维纳米结构，证实了这些结构可具有高达5.2K的超导临界转变温度以及较好的机械性能与热稳定性。他们又利用这一技术实现了自支撑铂纳米线沿径向的组分与微结构的非均匀生长，并通过热致应变规律的探索与量化处理，掌握了形变的可控手段，获得了硅锥顶部的自支撑纳米点接触以及将双层纳米浴盆进行固定的微笼结构，显示了该方法在三维纳米电学、光学、磁学以及生物分子学等领域的应用潜力。

 

　　最近，他们与物理所光物理实验室的副研究员李家方、研究员李志远以及英国索尔福德大学教授沈铁汉以及同济大学教授李宏强等合作，将聚焦离子束应变诱导三维纳米结构的加工方法推广到二维薄膜材料体系，发展了一种基于离子束辐照的折叠应变加工方法，可将平面内的结构多次有序折叠，实现纳米结构单元在空间、尺寸、周期与几何形貌可调制的大面积可控加工 。