层状材料，如石墨烯，是物理学和材料科学中最重要的研究课题之一。它们的关键特征之一可能是它们的可编程性：通过在这些材料中创建定制的纳米图案，人们可以调整它们的光学、电子、化学和机械性能，并为电子、自旋电子学和谷电子学设备创建基本组件，具有比当今技术更好的性能和更低的功耗。这些超小型结构可用于非常紧凑和电可调的超镜头 – 具有有趣折射特性（例如负折射率）的特殊透镜 – 可应用于高速通信和生物技术。
DTU科学家使用电子束光刻技术对分层材料进行了图案化，这是一种利用电子打印图案的系统，分辨率约为十纳米。然而，最先进的应用需要比这些光刻系统更高的分辨率和更密集的图案。
“如果我们真的想打开未来量子电子学的宝库，我们需要低于十纳米并接近原子尺度。2019年，我们展示了仅以12纳米间距放置的圆孔将石墨烯转化为半导体。现在我们知道如何在石墨烯和其他材料中用纳米尖角创建圆形孔和其他形状，例如三角形，这使我们能够以更复杂的电子行为进行调整，“丹麦石墨烯旗舰合作伙伴DTU的教授兼组长Peter Bøggild解释道。
DTU研究员Lene Gammelgaard描述了他们的方法。他们在想要图案的材料（如石墨烯或石墨）的顶部使用六方氮化硼（hBN）晶体，从而形成同心的“牛眼”孔，这些孔对于hBN较大，而在底层材料上较小。“假设我们在hBN晶体上制造一个直径为20纳米的圆形孔，那么石墨烯中的孔可以缩小到10纳米或更小。如果我们在hBN晶体上做一个三角形孔，缩小尺寸的过程会切割一个较小的三角形，在石墨烯层中带有自锐角。通常，创建较小的图案往往会导致更多的瑕疵，但我们的技术并非如此，“Gammelgaard说。
“这是一种令人兴奋和有用的技术。它将使世界各地成千上万的研究人员受益，他们正在推动层状材料纳米电子学和纳米光子学的极限，“DTU的Dorte R. Danielsen补充道。
“减小电子元件的特征尺寸是过去50年微电子学的驱动力，使越来越多的晶体管能够集成到一个芯片上，这被称为摩尔定律。近年来，这种器件的收缩速度开始放缓，因为所需的光刻技术正面临物理，尤其是经济的界限。DTU团队现在提出了一种新颖的方法，该方法可以在分层材料上达到比普通光刻技术通常更小的特征尺寸。这种方法表明，新的和聪明的解决方案提供了一个使用现有光刻工具实现更小特征尺寸的机会，“石墨烯旗舰工作包电子设备负责人Daniel Neumaier说。
Graphene Flagship公司的科学和技术官员兼管理小组主席Andrea C. Ferrari补充说：“支持石墨烯的电子和自旋电子器件的性能已经与传统方法的最先进的技术相比具有竞争力。这项工作展示了一种新的图案化技术，该技术将使未来的设备达到前所未有的性能，并展示了石墨烯旗舰带来的另一项工艺创新。
引用
Jessen, Bjarke S., et al. “Lithographic band structure engineering of graphene.” Nature nanotechnology 14.4 (2019): 340-346.
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