佐治亚理工学院 彩色扫描电子显微镜图像显示了当沉积基底相对于用于气体喷射注射的微尺寸喷嘴毛细管移动以绘制局部温度时，电阻热装置RTD(纳米级温度计)的位置
RTD热响应用于验证亚当非平衡热状态的模型预测
信用:马修R
亨利 通过使用微小的高能超音速惰性气体射流来激发前体分子，研究人员极大地加速了纳米尺度结构的制造
快速添加制造技术还允许它们生产具有高纵横比的结构
现在，一种描述这种技术的理论可能会为添加纳米制造和新型纳米材料带来新的应用
基于聚焦电子束沉积，该技术允许以接近液相预期的速率由气相前体制造结构——所有这些都不需要提高衬底的温度
这可能会导致纳米尺度结构的制造速度，使它们可以实际用于磁存储器、高频天线、量子通信设备、自旋电子学和原子尺度谐振器
“我们正在原子尺度上控制物质，以带来新的添加剂制造模式，”乔治·沃克大学的安德烈·费多罗夫教授说
佐治亚理工学院伍德拉夫机械工程学院
“这项新科学可能会带来添加剂制造的应用，否则这是不可能的
由此产生的新技术将为原子规模的添加剂制造开辟新的领域
" 这项工作源于对试图用电子束制造小结构的失望，电子束的直径可能只有几纳米
这项研究得到了美国政府的支持
S
能源部科学办公室，并于5月28日发表在《物理化学化学物理》杂志上
“当我们去实验室用聚焦电子束进行纳米制造时，只有几纳米大小，我们无法生长出只有几纳米的结构
它们长到了50或100纳米，”费多罗夫解释道
“生产这些结构也花了很长时间，这意味着，如果没有改进，我们将永远无法大批量生产它们
" 费多罗夫及其合作者马太·亨利和宋吉金意识到产生这些结构的反应是缓慢的，并且与生长它们的基质的热力学状态有关
他们决定在这个过程中加入一些能量来加快速度——快一百倍
其结果是发明了一种直径只有几微米的微毛细管注射器，可以将气体分子的微小射流引入沉积室，从而激活纳米尺度结构的前体
部分是因为射流进入真空室，气体加速到超音速
来自超音速射流的能量激发吸附到基底上的前体分子
截面图显示了超音速气体射流在真空中膨胀并撞击到基底上时的分子密度，这导致从通电的吸附前体加速材料沉积
信用:马修R
亨利 “这种高能热态使得电子束中的电子更容易破坏化学键，结果，结构生长得更快，”费多罗夫说
“所有这些扩增，无论是分子运输还是反应速率，都是指数级的，这意味着一个小小的变化就能导致结果的急剧增加
" 实验上已经观察到了这么多，但是为了理解如何控制这个过程并扩大它的应用，研究人员想为他们所看到的创造一个理论
他们使用纳米尺度的测温技术来测量受喷射影响的被吸附原子(也称为原子)的温度，并利用这些信息来帮助理解工作中的基本物理
“一旦我们有了一个模型，它基本上就变成了一个设计工具，”费多罗夫说
“有了这种理解和我们已经展示的能力，我们可以将它们扩展到其他领域，例如定向自组装、外延生长和其他领域
这将使一系列新功能能够使用这种直写纳米制造
" 模型的发展和对其背后的第一原理物理的理解也可以让其他研究人员找到新的应用
费多罗夫说:“有了这个，你可以获得与液相前驱体几乎相同数量级的增长率，但仍然可以获得丰富的可能前驱体，操纵合金化的能力，以及多年来气相沉积积累的所有经验。”
“这项技术将使我们能够以一种从实用的角度来看有意义且具有成本效益的规模来做事
" 快速生产小型三维结构的能力可能会带来一系列新的应用
他说:“如果你能采用附加的直写技术，这将为磁记忆、超导材料、量子器件、三维电子电路和其他许多东西带来许多独特的能力。”
“这些结构目前很难用传统方法制造
" 除了使用射流加速已经在基底上的前体材料的沉积之外，研究人员还创造了包含高能惰性气体和前体气体的混合射流，这不仅允许显著加速纳米结构的生长，而且在生长期间精确控制材料成分
在未来的工作中，研究人员计划使用这些混合方法来形成具有任何现有纳米制造技术都无法实现的相态和拓扑结构的纳米结构
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
