丹麥技術大學（DTU）與 Graphene Flagship 研究團隊，剛剛介紹了一種可將納米材料製造工藝提升到新水平的新技術。 據悉，2D 材料的精確「圖案化」，是利用其機型計算和存儲的一種方法。 不過與當前的技術相比，新方案可為 10nm 以下的納米材料，帶來更高的性能、以及更低的功耗。

可蝕刻六方氮化硼材料晶體（图 via SCI Tech Daily）

近年來，以石墨烯為代表的二維材料，已經成為了物理學和材料技術領域的重要發現之一。 可知其具有較其它已知材料更堅固、光滑、輕量，且在導熱與導電性能上也更加優異。

基於此，DTU 研究人員設想，若能夠在這些材料身上實現可程式設計性，便可在 2D 層面上創造精緻的”圖案”，進而迎合不同的應用需求、顯著改變相關材料的特性。

十多年來，DTU 科學家們一直在 1500 平方米的潔凈室設施中使用先進光刻機，致力於改進二維材料圖案化的最新技術。

在丹麥國家研究基金會與 Graphene Flagship 的部分支援下，DTU 在納米結構石墨烯中心開展了長期深入的研究。

最新消息是，DTU Nanolab 的電子束光刻系統，已經能夠實現 10nm 的工藝精度。 計算機能夠準確預測石墨烯中圖案的形狀和大小，以創造新型電子產品。

它們可以利用電子的電荷和量子特性 —— 比如自旋和谷自由度 —— 以通過低得多的功耗來開展高速計算。

然而這些計算要求的解析度，較現有最強的光刻系統所能實現的解析度更高一級 —— 即原子級的解析力。

納米結構可改變 2D 材料的電子與光子特性

DTU 物理學教授兼組長 Peter Bøggild 表示：”若我們想要開闢量子電子學的未來，必須要實現 10nm 以下工藝、並盡可能地接近原子尺度”。

早在 2019 年，研究團隊就已經展示過 12nm 間距放置的圓孔，並成功地將半金屬石墨烯轉化為半導體。

現在，我們知道了如何創建具有納米尖角的圓孔與其它形狀，比如三角形。 這種模式可根據自旋對電子進行分類，並未自旋電子學或谷電子學創造必要的元件。

此外這項技術也適用於其它二維材料，得益於這些超小型的結構，我們能夠創建非常緊湊、且電可調的超透鏡，進而為高速通信和生物技術等領域提供支撐。

據悉，這項研究由博士後 Lene Gammelgaard 負責帶領。 她於 2013 年畢業於 DTU，此後在 2D 材料的實驗探索中發揮了至關重要的作用。

她表示，這項技術的巧妙之處，在於將六邊形的氮化硼納米材料放在你想要”圖案化”的材料上，然後使用特定的蝕刻配方進行鑽孔。

過去幾年，我們開發的蝕刻工藝已將圖案尺寸縮小到了電子束光刻系統無法突破的大約10 nm極限之下。

以製作一個直徑為 20 nm 的圓孔為例，石墨烯中的孔隙可縮到 10 nm。 若挖個三角形孔，新技術可將可縮出一個具有自銳角較小三角形。

通常情況下，當我們將圖案縮小時，它會變得不那麼完美。 不過得益於重構的新理論，我們可預測出最佳的結構。

舉個例子，我們可以生產平面形的電子元透鏡。 作為一種超緊湊的光學透鏡，其可在極高的頻率下展開電氣控制，且有望成為未來通信與生物技術的一個重要組成部分。

新技術讓我們距離量子材料更近了一步（來自：ACS應用材料與介面）

作為新研究的另一位關鍵人物，對納米物理擁有濃厚興趣的年輕學生 Dorte Danielsen 解釋稱：「超解析度」結構的背後機理，目前仍不是很清楚。

對於這種意想不到的蝕刻行為，我們有幾種可能的解釋，但仍有很多不太明確的地方。 即便如此，這對我們來說仍然是一項激動人心且非常實用的技術。

與此同時，對於全球數以千計的研究人員來說，這也是一個好消息，因為他們正在推動二維納米電子學與納米光子學的發展。

最後，在丹麥獨立研究基金的支援下，Dorte Danielsen 將在 METATUNE 專案中，繼續她對頂尖納米結構的相關研究。 此處協助開發的技術，則有助於打造和探索支援電調諧的光學超透鏡。