电子束原子级3D可以实现新的量子纳米器件

通过改变紧密聚焦的电子束的能量和剂量，研究人员证明了在二维氧化石墨烯层上蚀刻掉和沉积高分辨率纳米级图案的能力。无需改变电子束沉积室的化学成分即可完成3-D加法/减法“雕刻”，这为构建新一代纳米级结构提供了基础。

基于聚焦电子束诱导处理(FEBID)技术，这项工作可以允许生产2-D / 3-D复杂纳米结构和功能性纳米器件，可用于量子通信，传感和其他应用。对于诸如氧化石墨烯的含氧材料，可以使用来自基板的氧来进行蚀刻而无需引入外部材料。

“通过定时和调整电子束的能量，我们可以激活电子束与氧化石墨烯中的氧的相互作用以进行蚀刻，或者与表面上的碳氢化合物相互作用以产生碳沉积，” Rae S教授安德烈·费多罗夫说。和Frank H. Neely担任佐治亚理工学院乔治W.伍德拉夫机械工程学院的主席。“有了原子级控制，我们可以使用直接的写-删除过程来产生复杂的图案。量子系统需要在原子级上进行精确控制，这可以实现许多潜在的应用。”

该技术已在8月7日的ACS Applied Materials&Interfaces杂志中进行了描述。这项工作得到了美国能源部科学，基础能源科学办公室的支持。合著者包括韩国釜山国立大学的研究人员。

传统上，纳米结构的创建是通过光致抗蚀剂涂覆和通过光或电子束光刻形成图案的多步工艺完成的，然后进行干法/湿法蚀刻或沉积。该工艺的使用限制了可实现的功能和结构拓扑的范围，增加了复杂性和成本，并冒着受到多个化学步骤污染的风险，从而为用敏感的二维材料制造新型器件制造了障碍。

FEBIP支持材料化学/现场特定的高分辨率多模原子规模处理，并为具有原位成像功能的二维纳米材料的“直接写入”单步表面构图提供了前所未有的机会。它允许实现快速的多尺度/多模式“自上而下和自下而上”的方法，范围从原子尺度操作到纳米和微米尺度的大面积表面修饰。