盡管光學衍射極限極大地限製了納米結構的光學方法製備，但是這方麵的努力和進步一直都沒有停止過。在這樣的進程中超快激光起到了重要的作用，“用超快製備超小結構”成為(wei) 其特色。目前這方麵的努力大致可以分成三類：(1)光束聚焦時以光子作為(wei) 輔助，即非線性光學效應;(2)光束聚焦時以金屬探針針尖作為(wei) 輔助;(3)光束聚焦時以原子分子作為(wei) 輔助。總的看來，作為(wei) 輔助的光子、探針針尖、原子分子等，它們(men) 的尺度越來越小，相應能夠製備的納米結構的尺寸也越來越小。飛秒超快激光液體(ti) 中燒蝕法屬於(yu) 第(3)類，此前國際上雖然工作眾(zhong) 多，但是製備出的結構多為(wei) 平庸的納米顆粒，很少有非球形的納米結構的報道。

　　中科院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室(籌)的表麵物理國家重點實驗室趙繼民副研究員在進行表麵及納米體(ti) 係的超快光學研究中，采用上述方法製備銀納米結構，在觀測到個(ge) 別非球形納米結構之後，改進了國際上現有的方法，研究和改變了各種複雜的實驗條件以求製備出較小尺寸的銀納米孔。他與(yu) 表麵物理國家重點實驗室孟勝研究員一起，細致分析了實驗中觀察到的超小銀納米孔形成的微觀物理機製，並基於(yu) 密度泛函理論構造了納米孔形成的分子層次模型，揭示了其中包覆劑分子如何起到關(guan) 鍵作用;並與(yu) 先進材料與(yu) 結構分析實驗室楊槐馨研究員、納米物理與(yu) 器件實驗室徐紅星研究員等通力合作，進行了大量的實驗表征和探索，製備出的納米孔達到直徑為(wei) 2.3nm，深度為(wei) 3nm。

　　更進一步，研究人員通過改變分子大小實現了改變銀納米孔直徑的大小，製備出直徑1.6nm的銀納米孔，印證了提出的物理機製的正確性並拓展了應用前景。迄今為(wei) 止，國際上沒有其它top-down實驗方法可以實現這樣小尺寸的金屬的納米結構。

　　新方法結合了飛秒超快激光和化學包覆劑分子的優(you) 點，其中納米孔的形成基於(yu) 漸進生長物理機製。超小直徑的單個(ge) 的銀納米孔可能應用在帶孔洞的金屬覆蓋的近場光學掃描探針、高分辨成像覆蓋掩膜、磁性等離激元共振研究、單孔生物傳(chuan) 感器等領域。以上工作極大地促進了以光學方法製備納米結構的進展。

　　相關(guan) 研究論文發表在近期的Nano Lett. 11, 3251-3257(2011)上，並獲得了相關(guan) 發明專(zhuan) 利。

　　上述工作得到了基金委、科技部、科學院百人計劃、科學院創新工程的支持。


 

　　圖一：銀納米孔的形貌圖及直徑分布圖，白色圓斑為(wei) 納米孔，黑色部分為(wei) 銀膜。

　　圖二：生長形成納米孔的物理機製，中間為(wei) 放大的圓孔，右邊A→B→C→C→D→E為(wei) 不同的生長序列階段。



　　圖三：形成納米孔的分子水平微觀物理機製，左圖為(wei) 能量極小值，右圖為(wei) 分子大小與(yu) 孔直徑關(guan) 係。