美國密歇根州立大學(xué)團隊開發(fā)了一種“繪制”晶體的新方法。這種全新的激光繪晶技術(shù)，可在指定時間和位置“按需”生成晶體，為太陽能電池、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)表于最新一期美國化學(xué)會《ACS納米》雜志。
晶體幾乎無處不在，從電視屏幕、煙霧報警器到超聲波設(shè)備和聲吶系統(tǒng)，它們獨特的光學(xué)和電學(xué)特性支撐著現(xiàn)代科技的發(fā)展。但在傳統(tǒng)的生長方法中，晶體往往在隨機時間和位置生成，難以保證質(zhì)量與一致性，這一不確定性長期制約著高性能器件的制造。
為解決這一難題，團隊借助超快激光技術(shù)，首次實現(xiàn)了在納米尺度上“繪制”晶體。他們選擇在實驗中生成鹵化鉛鈣鈦礦晶體，這是一類在LED、太陽能電池及醫(yī)學(xué)成像中具有重要應(yīng)用的材料。
與以往復(fù)雜的晶體生長步驟不同，團隊沒有使用種子晶體作為晶體生長模板，而是將激光瞄準(zhǔn)一個微小而閃亮的目標(biāo)，即直徑不到人類頭發(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，會產(chǎn)生瞬時加熱，這種相互作用誘導(dǎo)了晶體的生長。利用高速顯微技術(shù)，他們甚至能夠?qū)崟r觀察這一過程的發(fā)生。
激光繪晶方法類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，也幫助化學(xué)家進(jìn)一步理解晶體形成這一長期難解的過程。
通過這種方法，團隊可以讓晶體在精確的時間和位置生長。他們能坐在顯微鏡前親眼觀看晶體誕生的第一瞬間，并能控制它的成長方向。接下來，他們計劃進(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)工藝無法實現(xiàn)的新型材料。
