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清华大学孙洪波、林琳涵课题组 Science:光激励开发化学键合完成半导体量子点3D纳米打印
时间:2022-09-09 21:43 点击次数:186

  ,对而今集成化、智能化发展有仔细要胀动效率,不论是在前辈电子筑筑,仍是生物医学检测等界线,都随地可见纳米伎俩的应用。固然,这些前沿操纵反面的理由是基于材料尺寸减小至纳米标准所发作的一系列怪僻的物理、化学新效应,收罗半导体材估中的量子拘束效应与量子隧穿效应、金属原料发明的外观等离激元共振等。。而另一方面,使用化学闭成能够落成丰富多彩的(差别尺寸、形貌、身分)纳米粒子制备与外面操纵,而且这些纳米材料的晶体质料高、外貌状貌好,在光、电、磁等多方面性能卓越(如图1所示)。但是这些

  ▲ 图1. a,b-纳米颗粒富厚的神情及异质组织关成 [1,2];c,d-纳米原料在光电磁等方面的优秀功能 [3,4]

  针对以上困穷,咨询团队提出了光激勉启示化学键合的新原理,落成了纳米粒子的激光三维装配技巧,以各类纳米粒子行为原料来组装三维纳米器件。其工作机理如下动画所示。

  研讨团队以核壳结构的半导体量子点为例验证了这一观点,践诺采用水溶性量子点溶液,外面妆饰有化学分子配体以僻静离别在水溶液中,并操纵飞秒激光激起溶液中的量子点发作高能载流子。经历能级成亲,驱动光生空穴的隧穿和皮相转移,催促量子点表面配体脱附并酿成活性化学位点,进而开导量子点的外观化学成键,告竣量子点之间的高效组装。

  基于以上意义,酌量团队进一步对激光束举行聚焦与次第化扫描,竣工了纳米资料芜杂三维布局的精密成型。与现有的微纳加工制备手法比拟,这项手腕具有以下洁白特征:

  (1)材料纯度高:与现有的激光3D纳米打印门径相比,这项技巧冲突了光堆积的事理抑制,不需要任何光学粘合组分,实现了逼近100%见效纳米粒子组分的3D打印。

  (2)三维加工才略强:能够竣工杂乱线性、曲折和体构造等多种三维结构的纳米打印(如图2所示)。

  (3)折柳率高:应用非线性光激发,使打印离别率打破光学衍射极限,打印点阵列密度出色20000 ppi,打印极限星散率达到77 nm,并在大边界阵列化加工仍旧出色的均一性(如图3所示)。

  (4)齐备多组分打印生效:这项技巧还显露了多组分量子点的异质复合打印材干(如图3所示)。

  在这项查究事宜中,探究团队中所显示的微纳布局中更是富含清华元素。介于该法子超高的差别率及均一性,斟酌团队运用半径仅几百纳米的点阵列打印了“清华大学”校名的像素画,并行使红绿蓝三色量子点,打印出了高精度三色清华校徽图样。除此之外,研讨团队运用红绿量子点打印出了异质集成多色的“清华”字样(如图4所示)。

  与此同时,讨论团队还对校场所标进行数字化筑模并杀青3D打印,在微纳空间内用量子点构筑了三维二校门及大礼堂结构,这些微纳构造尺寸(50μm)甚至比人头发直径还小(如图5所示)。

  值得指出的是,这项事宜所提出的光激励启发化学键合的微纳创制意想具有通俗的原料和构造妥当性,始末能级设想能够告竣多种半导体、金属材料的高精度微纳缔造,垦荒了纳米器件制备工艺新路子,在片上光电器件集成、高职能近眼了解等鸿沟具有厉重的利用前景。

  该论文的联络第一作者为清华大学周密仪器系博士生刘少峰、清华大学材料学院博士生侯郑为。清华大学为论文第一竣工单位,论文通讯作者为清华大学周密仪器系孙洪波教育和林琳涵副老师。清华大学原料学院李正操教授、化学系张昊副教员、李馥博士以及精仪系方红华副教化、博士生赵曜和黎潇泽为论文事宜做出了垂危功绩。

  这项钻探取得了国家中心研发计算、国家自然科学基金、清华-佛山革新专项基金和密切试验伎俩及仪器国家主旨推行室的赞成。

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