Новости космоса и технологий. » Технологии » Трехмерное "моделирование" электронного пучка в атомном масштабе может позволить создать новые квантовые наноустройства

Трехмерное "моделирование" электронного пучка в атомном масштабе может позволить создать новые квантовые наноустройства

Опубликовал: Admin, 19-09-2020, 16:09, Технологии, 219, 0

пользователя John Toon, Технологический институт Джорджии

Трехмерное "моделирование" электронного пучка в атомном масштабе может позволить создать новые квантовые наноустройства

Изменяя энергию и дозу сильно сфокусированных электронных лучей, исследователи продемонстрировали способность как вытравливать, так и наносить наноразмерные узоры высокого разрешения на двумерные слои оксида графена. Трехмерное аддитивное /вычитающее «моделирование» может быть выполнено без изменения химического состава камеры электронно-лучевого осаждения, обеспечивая основу для создания нового поколения наноразмерных структур.

На основе сфокусированного электронный луч -индуцированная обработка (FEBID), эта работа может позволить производить 2-D /3-D сложные наноструктуры и функциональные наноустройства, полезные в квантовой коммуникации, зондировании и других приложениях. Для кислородсодержащих материалов, таких как оксид графена, травление может выполняться без введения внешних материалов с использованием кислорода из подложки.

«Посредством синхронизации и настройки энергии электронного пучка Пучка Мы можем активировать взаимодействие пучка с кислородом в оксиде графена для травления или взаимодействие с углеводородами на поверхности для создания отложений углерода», - сказал Андрей Федоров. профессор и председатель Рэй С. и Фрэнк Х. Нили в Школе машиностроения Джорджа В. Вудраффа Технологического института Джорджии. «С управлением в атомарном масштабе мы можем создавать сложные шаблоны, используя процессы прямой записи и удаления. Квантовые системы требуют точного управления в атомарном масштабе, и это может открыть множество потенциальных приложений».

Техника описана 7 августа в журнале Прикладные материалы и интерфейсы ACS . Работа поддержана отделом фундаментальных энергетических наук Министерства энергетики США. Соавторами были исследователи из Пусанского национального университета в Южной Корее.

Создание наноразмерных структур традиционно выполняется с использованием многоступенчатого процесса нанесения фоторезиста и формирования рисунка с помощью фото- или электронно-лучевая литография с последующим сухим /влажным травлением или напылением. Использование этого процесса ограничивает диапазон функциональных возможностей и структурных топологий, которые могут быть достигнуты, увеличивает сложность и стоимость, а также рискует загрязнение из-за множества химических этапов, создавая препятствия для изготовления новых типов устройств из чувствительных двумерных материалов.

FEBIP обеспечивает многомодовую атомно-масштабную обработку с высоким разрешением для химического состава материала /конкретного объекта и предоставляет беспрецедентные возможности для «прямой записи», одноэтапного моделирования поверхности двумерных наноматериалов с возможностью визуализации на месте. Это позволяет реализовать быстрый многомасштабный /многомодовый подход «сверху вниз и снизу вверх», начиная от манипуляции в атомном масштабе и заканчивая модификацией поверхности большой площади в нано- и микромасштабе.

«Регулируя время и энергию электронов, вы можете либо удалить материал, либо добавить материал», - сказал Федоров. «Мы не ожидали, что при электронном воздействии на оксид графена мы начнем травить узоры».

В случае оксида графена электронный пучок вносит возмущения атомного масштаба в 2-мерное расположение атомы углерода и использует внедренный кислород в качестве травителя для точного удаления атомов углерода без введения материала в реакционную камеру. Федоров сказал, что любой кислородсодержащий материал может произвести такой же эффект. «Это похоже на то, что оксид графена имеет свой собственный травитель», - сказал он. «Все, что нам нужно для его активации, - это« засеять »реакцию электронами соответствующей энергии».

Для добавления углерода удержание электронного луча сфокусированным на одном и том же месте в течение более длительного времени генерирует избыток электронов с более низкой энергией за счет взаимодействий луча с подложкой, чтобы разложить молекулы углеводорода на поверхности оксида графена. В этом случае электроны взаимодействуют с углеводородами, а не с атомами графена и кислорода, оставляя после себя освобожденные атомы углерода в виде трехмерного осадка.

«В зависимости от того, сколько электронов вы привнесете в него, вы можете выращивать структуры разной высоты вдали от протравленных канавок или от двумерной плоскости», - сказал он. «Вы можете думать об этом почти как о голографическом письме с возбужденными электронами, подложкой и адсорбированными молекулами, объединенными в нужное время и в нужном месте».

Процесс должен быть подходящим для осаждения материалов, таких как металлы и полупроводники, хотя для их создания в камеру необходимо добавить прекурсоры. Трехмерные структуры высотой всего в несколько нанометров могут служить разделителями между слоями графена или активными чувствительными элементами или другими устройствами на слоях.

«Если вы хотите использовать графен или Оксид графена Для квантово-механических устройств, вы должны иметь возможность располагать слои материала с разделением в масштабе отдельных атомов углерода», - сказал Федоров. «Этот процесс также можно использовать с другими материалами».

Используя эту технику, пучки электронов высокой энергии могут создавать элементы размером всего несколько нанометров. Вытравленные на поверхности канавки можно заполнить металлами путем введения атомов металлов, содержащих прекурсоры.

Помимо простых шаблонов, этот процесс также можно использовать для выращивания сложных структур. «В принципе, вы можете вырастить структуру, подобную Эйфелевой башне в нанометровом масштабе, со всеми сложными деталями», - сказал Федоров. «Это займет много времени, но это уровень контроля, который возможен с электронно-лучевой записью».

Хотя системы были созданы для параллельного использования нескольких электронных пучков, Федоров не видит их использования в приложениях большого объема. По его словам, более вероятно, что это будет лабораторное использование для изготовления уникальных структур, полезных для исследовательских целей.

«Мы демонстрируем конструкции, которые иначе было бы невозможно произвести», - сказал он. «Мы хотим дать возможность использовать новые возможности в таких областях, как квантовые устройства. Этот метод может стать стимулом для воображения для интересной новой физики, которая появится на нашем пути с Графеном И другими интересными материалами».


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии