美國(guó)密歇根州立大學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種“繪制”晶體的新方法。這種全新的激光繪晶技術(shù)，可在指定時(shí)間和位置“按需”生成晶體，為太陽(yáng)能電池、LED照明及醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域提供更精準(zhǔn)的材料制造手段。這一突破性成果發(fā)表于最新一期美國(guó)化學(xué)會(huì)《ACS納米》雜志。
晶體幾乎無(wú)處不在，從電視屏幕、煙霧報(bào)警器到超聲波設(shè)備和聲吶系統(tǒng)，它們獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)特性支撐著現(xiàn)代科技的發(fā)展。但在傳統(tǒng)的生長(zhǎng)方法中，晶體往往在隨機(jī)時(shí)間和位置生成，難以保證質(zhì)量與一致性，這一不確定性長(zhǎng)期制約著高性能器件的制造。
為解決這一難題，團(tuán)隊(duì)借助超快激光技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了在納米尺度上“繪制”晶體。他們選擇在實(shí)驗(yàn)中生成鹵化鉛鈣鈦礦晶體，這是一類(lèi)在LED、太陽(yáng)能電池及醫(yī)學(xué)成像中具有重要應(yīng)用的材料。
與以往復(fù)雜的晶體生長(zhǎng)步驟不同，團(tuán)隊(duì)沒(méi)有使用種子晶體作為晶體生長(zhǎng)模板，而是將激光瞄準(zhǔn)一個(gè)微小而閃亮的目標(biāo)，即直徑不到人類(lèi)頭發(fā)千分之一的金納米顆粒。當(dāng)單束激光脈沖照射金納米顆粒表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)加熱，這種相互作用誘導(dǎo)了晶體的生長(zhǎng)。利用高速顯微技術(shù)，他們甚至能夠?qū)崟r(shí)觀察這一過(guò)程的發(fā)生。
激光繪晶方法類(lèi)似于用激光在金屬或木材上雕刻圖案，不僅能提升晶體制造的可控性，也為能源、電子和量子技術(shù)等領(lǐng)域提供了新的研究手段。同時(shí)，也幫助化學(xué)家進(jìn)一步理解晶體形成這一長(zhǎng)期難解的過(guò)程。
通過(guò)這種方法，團(tuán)隊(duì)可以讓晶體在精確的時(shí)間和位置生長(zhǎng)。他們能坐在顯微鏡前親眼觀看晶體誕生的第一瞬間，并能控制它的成長(zhǎng)方向。接下來(lái)，他們計(jì)劃進(jìn)一步使用多種顏色的激光“繪制”更加復(fù)雜的晶體圖案，并嘗試制造傳統(tǒng)工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)的新型材料。
