電子束為“墨” 石墨烯當(dāng)“紙”
中丹科學(xué)家合作開發(fā)出納米書寫技術(shù)
來源：科技日報 2013-6-26 常麗君
據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)6月24日報道，中國清華大學(xué)和丹麥理工大學(xué)科學(xué)家合作，演示了一種簡單而有效的方法：用電子束有選擇地打破石墨烯單分子層的碳原子鍵，可實(shí)現(xiàn)在納米尺度上書寫。這種納米書寫技術(shù)為將來以極高分辨率記錄信息，制作微型電子設(shè)備中的納米電路提供了可靠手段。相關(guān)論文發(fā)表在近期英國物理學(xué)會（IOP）科學(xué)期刊《納米技術(shù)》上。
“從古至今，信息記錄能力與人類的文明進(jìn)程直接相關(guān)。紙和墨水是記錄歷史的兩種基本工具。當(dāng)前，信息通訊已經(jīng)深入到前所未及的尺度。”丹麥理工大學(xué)研究人員張威（音譯）說，“我們的研究證明了以位置和大小都可控的方式來操縱電子，直接在最薄材料石墨烯上書寫的可行性。”
納米書寫本質(zhì)上是在納米尺度操縱事物，至今已被廣泛研究。現(xiàn)有方法可分為兩大類：一種是光刻印刷（自上而下），這是把預(yù)先做好的圖案印制在底板上，但分辨率有限；另一種是自組裝（自下而上），這種方法能操縱單個原子或分子，但在控制能力上還面臨很大挑戰(zhàn)。
研究人員把這兩類方法結(jié)合在一起，克服了兩方面的不足，并在石墨烯上進(jìn)行了演示。新的納米書寫技術(shù)提供了良好的可控性和高分辨率，所演示的字體大小線寬僅有2到3納米。此外，經(jīng)書寫后石墨烯還能保持不變形。
清華大學(xué)化學(xué)工程系的張強(qiáng)說，石墨烯的平整性為它作為“世界上最薄的紙”提供了絕佳條件，但要想直接在上面書寫，還必須找到合適的“墨水”。這種“墨水”必須既滿足分辨率的要求，又具有可視化功能。
投射電子顯微鏡（TEM）中的高能電子是最佳選擇。石墨烯中的碳原子對許多照射效果都很敏感，一束300KeV（千電子伏）的電子束能打斷單層石墨烯上局部的碳—碳鍵，鍵斷裂時碳原子被擊出，形成一個空懸的鍵，會吸引真空中和石墨烯表面其他形式的碳。一些新的無定形碳被吸引到懸著的鍵上，穩(wěn)定了這一邊緣，如此這般沿著電子束掃描的方向一路下來。
研究人員還表示，希望能進(jìn)一步提高這種納米書寫技術(shù)的分辨率和書寫效率。“如果用軟件預(yù)先設(shè)計(jì)好形狀，還可實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的書寫。”張強(qiáng)說，“最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)在原子尺度的輕松書寫和精確的電子線路設(shè)計(jì)。”
