-> 冷原子可望取代聚焦离子束中的热镓粒子

NIST研究人员Jabez McClelland对新磁光阱离子源进行了调整，能够将离子束聚焦在纳米级圆点上，以用作高级电子加工过程中的"纳米限散射角电子束光刻"工具。照片：美国国家标准及技术研究院 Holmes

马里兰州盖瑟斯堡—美国国家标准及技术研究院（NIST）科学家已开发出一种可将离子流聚焦成一个1纳米大小圆点的全新方法。由于这种方法用途广泛—它可运用于按具体任务要求定制的各种离子—并有望广泛应用于纳米技术领域。

J. L. Hanssen、S. B. Hill、J. Orloff和J. J. McClelland在纳米快报8, 2844（2008）"基于磁光阱及用作纳米级探测的高亮离子源"一文中阐述了这项新发展。新技术既可用于在半导体上雕刻当今无法实现的更细微特征，亦可用于高于当今电子显微镜的分辨率对纳米级结构提供非破坏性成像。通常，研究人员和制造商使用高强度聚焦离子束，将纳米尺寸特征刻入各种目标。大体上讲，离子束还可较传统电子显微镜方法提供更为理想的纳米级表面特征图像。但目前面向以上两大应用的技术都存在问题。应用最广泛的金属包覆针往往会生成一个狭窄聚焦镓离子束。研磨任务要求提供高度协同的镓聚焦水平，导致样品中隐藏了少量的镓，从而对材料造成污染。此外，由于镓离子具有相对巨大的重量，因此，如果将其用于收集图像，容易对样品造成潜在损坏，表现为在观察图像表面的同时，导致表面的某些部分破裂。经过尝试使用其它类型的离子，研究人员发现它们都无法产生离子束切割大多数材料所需的亮度或强度。

NIST团队采用了一种截然不同的方法来生成聚焦离子束，为使用无污染元素创造了可能。与从金属尖头入手相反，他们首先制作了一小"团"原子，然后将磁场与激光相结合，以捕捉这些原子并将其冷却至极低的温度。另一束激光用于将这些原子转化为离子，带电粒子穿过小孔加速运动，以生成一个外形小巧但充满巨大能量的离子束。研究人员已将这一突破性设备命名为"MOTIS"，即"磁光阱离子源"。（欲知有关磁光阱（MOT）详情，请参阅："珠玑妙语：创新原子阱捕捉高磁原子"，2008年4月1日 美国国家标准与技术研究院（NIST）《科技快报》（NIST Tech Beat））。

NIST"纳米级科研中心"Jabez McClelland解释道："由于激光可将原子冷却至极低的温度，因此，可避免原子在各个方向大范围移动。当我们提高原子速度时，离子会在一个高度平行的光束内运行，这必然要求将原子聚焦在一个极其细小的点上。"该团队可测量束的细微分散，并证明分散度已足够小，允许光束被聚焦在一个不到1纳米的光点上。最初演示采用铬原子进行，并发现镓之外的其它元素亦可提供作为聚焦离子束"纳米限散射角电子束光刻"所必备的亮度和密度。McClelland表示，广泛其它原子亦可采用相同技术进行处理，这些原子可被选用于执行各种特殊任务，包括：优化纳米级特征并排除污染；或提高离子束显微镜的对比度。

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