中科院物理所：纳米级应变直写技术，加速二维材料应变工程技术发展 |前沿用户报道

研究背景及成果

应变工程是指通过拉伸或压缩等应变技术来调控材料性能或优化相关器件性能。近些年来，随着二维材料的兴起，基于它的应变工程研究变得火热起来。但现有的二维材料应变技术（如拉伸衬底、产生气泡等），重复性及灵活性差，因此如何实现微区可控复杂应变成为应变工程发展的重要方向之一。

在此背景下，中科院物理所纳米实验室N10组提出了一种非接触式应变直写技术。该技术可以在二维材料中准确写入纳米到微米尺度设计图案的应变。这项全新应变技术，具备高度的灵活性以及半导体工艺兼容性，有望进一步推进二维材料在纳米机电系统、高性能传感和非传统光伏到量子信息科学等广泛领域的潜在应用。

相关成果"Strain lithography for two-dimensional materials by electron irradiation."已在Applied Physics Letters 上发表。

实验思路及结果验证

光刻胶材料 PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）在电子束的辐照作用下会发生降解（如图1所示），导致体积发生变化。光刻胶自身体积的变化，会进一步使附着在其表面的二维材料以及其它薄膜材料发生形变（如图2所示）。

基于这个原理，中科院物理所研究团队便考虑利用电子束直写设备的高精度图形直写能力，通过调控电子束剂量，创造纳米级应变分布的可控应变结构制备。

图1 光刻胶（PMMA）的电子辐照降解

图2 电子束诱导二维材料应变

实验发现，通过控制电子束辐照剂量，中科院物理所研究人员可以有效控制二维材料的应变程度（如图3所示）。拉曼光谱技术以及光致荧光（PL）光谱技术是研究半导体应变的重要工具，图4展示了“墨西哥帽状”复杂应变的PL光谱空间峰位分布图， HORIBA LabRAM HR Evolution Nano 纳米拉曼光谱仪的强大空间数据采集及后处理能力，进一步揭示了该方法复杂应变的制备能力，即同时制备包含拉伸应变（红移）以及压缩应变（蓝移）结构的能力。

图3 应变调控

图4 复杂应变空间分布

仪器使用评价

“该工作使用 HORIBA 的 LabRAM HR Evolution Nano 纳米拉曼光谱仪，可探测纳米级应变分布，使用便捷；处理空间分布数据的功能非常强大。”

实验室配备的
LabRAM HR Evolution Nano
纳米拉曼光谱仪

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课题组介绍
中科院物理所纳米实验室N10组，主要研究方向有：纳米材料与纳米结构的可控制备、新奇物理特性及器件应用研究；自旋、能谷量子态物性研究及其在量子信息/量子计算的应用;超快磁光激光光谱学；低维/纳米材料物性和器件研究等。