新的高精度技术将原子尺寸的图案切成2D材料

EPFL研究人员开发了一种高精度技术，使他们能够将纳米图案雕刻成二维材料。

凭借其开创性的纳米技术，EPFL研究人员实现了不可能的目标。现在，他们可以使用热量来用微型手术刀破坏原子之间的联系。“使用传统的光刻技术来构造2D材料非常困难，该技术通常采用侵蚀性化学物质或加速的带电粒子，例如电子或离子，会损坏该材料的特性，”工程学院研究员，博士后刘霞说。微系统实验室。“但是，我们的技术使用局部的热量和压力'来源'来精确地切割2D材料。”

该研究的合著者安娜·康德·鲁比奥（Ana Conde Rubio）解释说：“我们的技术类似于剪纸艺术，在瑞士这个地区很普遍，但是规模要小得多。”“我们使用热量来修饰基材，使其更加柔软，在某些情况下甚至将其转化为气体。然后，我们可以更轻松地雕刻2D材质。”

尖锐的尖端

Xia Liu，Samuel Howell，Ana Conde Rubio，Giovanni Boero和JürgenBrugger使用了二碲化钼（MoTe2），这是一种类似于石墨烯的二维材料。它的厚度不到一纳米，即三层原子。MoTe2放在对温度变化起反应的聚合物上。Liu解释说：“当聚合物受热时，它会升华，这意味着它会从固态变为气态。”

微工程研究所的研究人员使用了一种称为热扫描探针光刻（t-SPL）的新型纳米结构技术，该技术的作用与力扫描显微镜相似。他们将锋利的纳米级尖端加热°到180°C以上，使其与2D材料接触并施加一点力。这导致聚合物升华。然后，一薄层MoTe2破裂而不会损坏其余材料。

小型高效组件

研究人员将能够使用该技术在2D材料中雕刻出极其精确的图案。“我们使用计算机驱动的系统来控制超快速的加热和冷却过程以及烙铁头的位置，”另一位合著者Samuel Howell解释说。“这使我们能够进行预定义的缩进，以创建用于纳米电子设备的纳米带。”

但是，如此小规模的工作有什么用呢？Liu说：“许多2D材料都是半导体，可以集成到电子设备中。”“这项通用技术将在纳米电子学，纳米光子学和纳米生物技术中非常有用，因为它将有助于使电子组件更小，更高效。”

提高准确性

下一阶段的研究将集中于研究更广泛的材料，并找到适用于集成纳米系统的组合。研究人员希望对悬臂及其尖端进行重新设计，以使切割过程更加精确。更广泛地讲
，微系统实验室的科学家们正在寻求开发用于柔性微系统的新一代制造技术。“基于聚合物的微机电系统（MEMS）具有许多潜在的电子和生物医学应用，”JürgenBrugger教授解释说。“但我们仍处于开发在3D微型系统中设计功能聚合物的技术的早期阶段。”Brugger希望通过专注于模版，印刷工艺，聚合物的定向自组装以及局部热处理，来突破极限并为MEMS找到新的材料和工艺。

参考：Xia Liu，Samuel Tobias Howell，Ana Conde-Rubio，Giovanni Boero和Juergen Brugger的“二维材料的热机械纳米切割”，高级材料。DOI：2020年6月11日。
10.1002 / adma.202001232

研究人员要感谢EPFL的MicroNanoTechnology中心（CMi）的过程工程专业知识和技术支持，尤其是在原子力显微镜方面。该研究在欧盟的Horizo​​n 2020研究与创新计划（“ MEMS 4.0”项目）下获得了欧洲研究理事会（ERC）的资助。