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中科院物理所：納米級(jí)應(yīng)變直寫技術(shù)，加速二維材料應(yīng)變工程技術(shù)發(fā)展 |前沿用戶報(bào)道
研究背景及成果
應(yīng)變工程是指通過(guò)拉伸或壓縮等應(yīng)變技術(shù)來(lái)調(diào)控材料性能或優(yōu)化相關(guān)器件性能。近些年來(lái)，隨著二維材料的興起，基于它的應(yīng)變工程研究變得火熱起來(lái)。但現(xiàn)有的二維材料應(yīng)變技術(shù)(如拉伸襯底、產(chǎn)生氣泡等)，重復(fù)性及靈活性差，因此如何實(shí)現(xiàn)微區(qū)可控復(fù)雜應(yīng)變成為應(yīng)變工程發(fā)展的重要方向之一。
在此背景下，中科院物理所納米實(shí)驗(yàn)室N10組提出了一種非接觸式應(yīng)變直寫技術(shù)。該技術(shù)可以在二維材料中準(zhǔn)確寫入納米到微米尺度設(shè)計(jì)圖案的應(yīng)變。這項(xiàng)全新應(yīng)變技術(shù)，具備高度的靈活性以及半導(dǎo)體工藝兼容性，有望進(jìn)一步推進(jìn)二維材料在納米機(jī)電系統(tǒng)、高性能傳感和非傳統(tǒng)光伏到量子信息科學(xué)等廣泛領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。
相關(guān)成果"Strain lithography for two-dimensional materials by electron irradiation."已在Applied Physics Letters 上發(fā)表。
實(shí)驗(yàn)思路及結(jié)果驗(yàn)證
光刻膠材料 PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)在電子束的輻照作用下會(huì)發(fā)生降解(如圖1所示)，導(dǎo)致體積發(fā)生變化。光刻膠自身體積的變化，會(huì)進(jìn)一步使附著在其表面的二維材料以及其它薄膜材料發(fā)生形變(如圖2所示)。
基于這個(gè)原理，中科院物理所研究團(tuán)隊(duì)便考慮利用電子束直寫設(shè)備的高精度圖形直寫能力，通過(guò)調(diào)控電子束劑量，創(chuàng)造納米級(jí)應(yīng)變分布的可控應(yīng)變結(jié)構(gòu)制備。
圖1 光刻膠(PMMA)的電子輻照降解
圖2 電子束誘導(dǎo)二維材料應(yīng)變
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)控制電子束輻照劑量，中科院物理所研究人員可以有效控制二維材料的應(yīng)變程度(如圖3所示)。拉曼光譜技術(shù)以及光致熒光(PL)光譜技術(shù)是研究半導(dǎo)體應(yīng)變的重要工具，圖4展示了“墨西哥帽狀”復(fù)雜應(yīng)變的PL光譜空間峰位分布圖， HORIBA LabRAM HR Evolution Nano 納米拉曼光譜儀的*空間數(shù)據(jù)采集及后處理能力，進(jìn)一步揭示了該方法復(fù)雜應(yīng)變的制備能力，即同時(shí)制備包含拉伸應(yīng)變(紅移)以及壓縮應(yīng)變(藍(lán)移)結(jié)構(gòu)的能力。
圖3 應(yīng)變調(diào)控
圖4 復(fù)雜應(yīng)變空間分布
儀器使用評(píng)價(jià)
“該工作使用 HORIBA 的 LabRAM HR Evolution Nano 納米拉曼光譜儀，可探測(cè)納米級(jí)應(yīng)變分布，使用便捷；處理空間分布數(shù)據(jù)的功能非常*。”
實(shí)驗(yàn)室配備的
LabRAM HR Evolution Nano
納米拉曼光譜儀
納米拉曼光譜儀
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課題組介紹
中科院物理所納米實(shí)驗(yàn)室N10組，主要研究方向有：納米材料與納米結(jié)構(gòu)的可控制備、新奇物理特性及器件應(yīng)用研究；自旋、能谷量子態(tài)物性研究及其在量子信息/量子計(jì)算的應(yīng)用;超快磁光激光光譜學(xué)；低維/納米材料物性和器件研究等。
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