Only Perception: 雷射與塑膠珠：在奈米尺度下駕馭光的力量

2008-06-20

雷射與塑膠珠：在奈米尺度下駕馭光的力量

Trap and zap: Harnessing the power of light to pattern surfaces on the nanoscale
http://www.physorg.com/news133005939.html

June 18, 2008

普林斯頓（Princeton）工程師發明了一種可負擔的技術，那利用雷射光與塑膠珠子創造出超小型面孔，為新一代微晶片所需。

這種方法，創造出比人類頭髮細上 1,000 倍的線與點，在醫療；光學通訊、運與感應器都有應用，也許使生物電腦以及微機械的創造成為可能。

此技術，由機械與航太工程助教授 Craig Arnold 與畢業生 Euan McLeod 所創造，類似於在一小片紙張前放一個放大鏡，然後調整透鏡以聚焦日光並使紙張燃燒。為了要取代透鏡，研究者使用漂浮在水中的微小塑膠珠，將來自於強大雷射的光束聚焦，並將設計燒到空白的晶片上。他們的發現發表於 6/8 的 Nature Nanotechnology 線上版。

雖然其他人已讓雷射通過各種微小的物體在表面形成圖案，不過他們得努力讓珠子與微晶片表面之間的距離維持前後一致。假若距離改變，雷射光將以不同方式聚焦在表面上，導致圖案不一致。Arnold 與 McLeod 建立一種創新方式確保珠子與微晶片一直都保持相同的距離，這使得他們能夠在表面上以高精確度畫圖。

"基於探針的奈米圖案形成術（nanopatterning）最大的挑戰之一是控制你的探針與微晶片表面之間的距離，" Arnold 說。"我們使用一種特殊雷射來陷住（trap）珠子，並使它接近表面而不會碰到它。"

研究者們使用這種技術「畫」了一張大小約 100 奈米的臉孔。

此關鍵創新使用了第二道高度聚焦的雷射，那直接向下指向珠子。這道強烈的光線施加一種物理力到珠子上，使它陷在光束中並朝表面往下推。表面會一種固定不變的往回推，而珠子就「漂浮」在平衡相反力量的高度。原本的雷射則對珠子產生脈衝，那使光直接「掃射」其下的表面。藉由讓珠子沿著一個由電腦所控制的軌道移動，同時連續發射雷射脈衝，一個想要的圖案就被創造出來了。

此技術在曲線或不規則表面上具有特殊優勢，因為珠子會追蹤表面（譯註：如同巡弋飛彈一樣），撞見凸起就往上升，遇到傾斜就往下掉。雖然其他的製造技術，諸如電子束微影術，也能在崎嶇表面上形成圖案，不過它們相當昂貴而且必須在阻絕震動與氧氣的環境中才能進行。普林斯頓這項新技術能夠在一般環境下完成，使得它能為生物材料或其他需要讓氧存在的系統所用。

"此技術提供了一種相當有趣的新能力來擴張雷射所協助的奈米製造，而不會牽涉到移動機械零件以及相關的硬體障礙，" Costas Grigoropoulos 說， UCB 的機械工程教授。"我預期這種新穎的技術將能促進奈米圖案形成術，因為它為平行的、光學驅動的以及受控制的奈米組裝提供了一種優雅且高效率的工具。"

除了燒掉一個晶片的部份之外，Arnold 與 McLeod 的方法有潛力將材料沈積在表面上，而不是像鍍金那樣。這也能為創造三微結構的新方法，包括微小引導（miniscule guides），那運用光線與奈米尺度的電子機械裝置。

這樣的裝置在超小型感應器系統與低功率電腦處理器上有許多潛在用途。

"在未來，我們想像使用多顆形狀、大小不同的珠子 -- 在本質上是一種奈米圖案成形術工具箱 -- 在製造過程中為研究者拾起並選擇藥物，" Arnold 說。他與 McLeod 現在正研究要使用一個由許多珠子構成的、以平行方式移動的陣列（每個都由不同的雷射光束陷住與控制）在一個表面上形成圖案。

※ 相關報導：

＊ Subwavelength direct-write nanopatterning using optically trapped microspheres
http://dx.doi.org/10.1038/nnano.2008.150