用激光将原子上的钻石分开 2018-10-28 03:07:02

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21世纪的巨大挑战之一就是开发出在越来越小的尺寸上操纵物质的方法正如伟大的物理学家理查德·费曼在1959年着名的演讲中所指出的那样,“底部有足够的空间”,这句格言正在播放具有前所未有的活力Nanomachines,量子计算组件和超快电子都是受益于超纳米级工程极端推动的重要领域迄今为止,激光器已成为小规模操纵物质的极其成功的工具,但仅限于特殊点尽管它们能够在人类头发的宽度内钻孔和切割材料,但它们在原子尺度上的分辨率却非常差

其根本原因在于传统的激光加工依赖于加热材料,原子从表面喷射出来

由此产生的爆炸力和汽化因此,许多原子在制造过程中陷入困境它不可能达到所需的分辨率 - 就像试图用吹火炬挑出一粒盐一样改善分辨率被认为是一个相当无望的情况但现在似乎有一条新的前进道路,至少对于一些材料我们现在已经发现,可以使激光分裂将原子固定在一起的化学键,而不会对周围材料造成任何明显的附带损害

关键实验涉及在金刚石表面上的紫外激光束发现了碳原子喷射的可能性包含晶格的晶体对激光束的极化(即光波的跳动方向)相对于将材料保持在一起的化学键方向敏感在激光加热表面的混沌环境中,这种选择性原子去除的可能性并不可行像许多好的科学发现一样,这一发现完全是由ac发现的在对暴露于紫外激光的表面进行仔细检查后,我们在分子尺度上观察到规则的纳米尺寸

今天自然通讯报道的主要观察结果是,这些图案的形状和方向取决于激光的对准

极化与原子在晶格中排列的方式随着激光极化的改变,产生了丰富多样的图案

有些让人联想到自然形态,如海滩上的涟漪(上图),以及揭示的内部对称性的部分图像

构成晶体的原子的排列结果首次表明激光束可以以一种尚未完全理解的方式靶向表面上的特定原子,导致它们的化学键在能量有任何显着消散之前破裂进入周围区域结果的重要性在于激光可能与原子对相互作用并导致它们分离在不干扰周围环境的情况下,我们使用光偏振来选择激光束所针对的原子对

这种效果首先在钻石中实现非常方便钻石是一种材料,虽然它是原始的数千年的形式,现在才变得非常重要科学和技术最近的兴趣激增是低成本生产合成来源的优质金刚石材料的结果因此,这一发现很容易在许多前沿领域得到利用钻石技术,如用于制造量子处理器和微型高功率激光器到目前为止,在激光束的广泛区域已经看到了这种效果尽管这对于表面的快速纳米纹理化本身是有用的,例如,未来研究的主要焦点是展示表面上单个原子的最终控制大约25年前,IBM在美国展示了const的能力使用扫描探针显微镜的锋利尖端在金属表面上用单个原子破坏字母字符但是在那个例子中,以及从那以后的许多其他相关工作中,这个过程仅适用于与表面非常弱地结合的原子现在,我们有令人兴奋的前景,能够操纵构成固体的强原子键,包括像钻石这样的超强粘结材料 很可能我们在钻石中观察到这种效应并非巧合,因为这是一种具有非常高度定义的键的材料,它与相邻原子相对脱离现在的关键问题是 - 有多少其他材料揭示了这种效应