复制表面精确到原子的一小部分

在原子水平上复制材料的能力引起了材料科学家的极大关注。然而，当前的技术受到多种因素的限制。机械工程与材料科学教授兼系主任 Udo Schwarz 最近发表了两篇关于研究的论文，这些论文可能会极大地开辟这一新兴领域的可能性。他的方法包括可以将表面特征复制到不到十亿分之一米或不到原子直径的 1/20 的细节的过程。

纳米结构和纳米图案表面是许多纳米技术应用中不可或缺的组成部分。纳米压印方法易于使用且经济，在高密度数据存储、光子器件、全息图、生物纳米流体芯片、水过滤和燃料电池中的电极等方面具有巨大的应用潜力。然而，由于这些材料的原子结构，大多数材料的复制精度受到限制。

在 APL Materials 中，Schwarz 表明，在使用金属玻璃时，复制表面特征的准确性几乎没有限制。事实上，精度水平可以达到亚原子水平。关键是材料的原子结构。不同于结晶材料，其具有的原子是专门配置，在眼镜原子排列不限制周期性顺序原则。

“晶体总是想把原子放在特定的地方，如果你的模具不匹配，那你就不走运了，”施瓦茨说。

但是金属玻璃没有如此严格排列的原子，这使得它们可以根据需要进行调整。通过加热玻璃，研究人员能够削弱材料的内部凝聚力，足以让原子以近乎完美的精度以所需的方式移动。

“我们第一次证明了你拥有的任何结构，你都可以复制它——金属玻璃会正确地符合它，”他说。“你可以做到这一点，几乎没有准确性限制。”

这意味着它们可以为推进玻璃结构、变形和相变基础研究的研究提供一个理想的平台，并在通过地形利用表面功能化的领域中实现新的应用。

共同作者中的APL材料纸，该杂志推出的“特色文章”，是潮州，阿米特Datye，郑晨，乔治H.西蒙，心折王，和Jan Schroers。

在 ACS Applied Materials and Interfaces 的第二篇论文中，Schwarz 还研究了块状金属玻璃的纳米制造，但采用了不同的方法。

对于这项获得该杂志“编辑推荐”称号的研究，施瓦茨开发了一种基于磁控管溅射的方法。在磁子溅射中，气体离子(通常是氩气)会撞击“目标”并在此过程中喷射目标原子。喷射出的原子然后穿过真空，最终到达它们在其上形成薄膜的基板。由于可用作靶材的合金种类繁多，且可覆盖的基材面积很大，因此该方法为研究人员提供了一个大型工具箱，用于选择所需的表面化学成分，同时在尺寸、形状和性质方面极为通用表面图案和可以使用的模具。Schwarz 表示，它可以有效地将原子级复制从“科学好奇心”提升为广泛使用的纳米制造工具。

在复制过程中，高精度部分基于溅射技术，但也决定性地基于用于溅射薄膜的靶合金不会结晶这一事实。因此，试图建立结晶顺序的薄膜没有尺寸限制。

“这表明我们可以大规模复制表面结构到亚埃 [不到十亿分之一米]，这可能为大规模使用这些材料生产实际工件开辟道路并且价格实惠，”他说。

由于只需要少量的材料，新方法是经济的。它还适用于大量合金，可以复制的模具类型灵活，并且可以轻松放大。这种新方法的潜在应用包括开发用于纳米电子应用的纳米线和纳米管。