德国Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（亥姆霍兹-德累斯顿·罗森多夫）研究中心科学家采用离子束，成功制得纳米尺度自组织晶体结构。

图片来源：SIMIT, Chinese Academy of Science（中国科学院）

现代技术中的许多半导体——从集成电路到太阳能电池以及LEDs——都是基于纳米结构的。制备规则的纳米结构阵列通常需要花费极大的努力。如果能够实现自组织，这样的器件生产将大大加快，成本也将因此大大削减。目前，Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)的Stefan Facsko博士以及中科院上海微系统和信息技术研究所（Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology (SIMIT), Chinese Academy of Sciences）Xin Ou博士通过离子束辐照开发出了一种纳米结构阵列自组织的方法。相关结果发表于科学期刊Nanoscale上。

在这种令人震惊的方法当中，研究人员采用了离子束（即快速的带电原子）。他们将一大束惰性气体离子打到砷化镓晶片上，其中砷化镓可用于制造高速高频晶体管、光电管或发光二极管。“离子轰击与喷砂相似。这意味着离子磨平了目标物体的表面。在此，所需的纳米结构自组织生成。”Facsko博士这样解释到。精细、规则的结构使人联想到沙丘（自然界中由风产生的结构）。然而，这一切都发生在纳米尺度上，两个沙丘间的距离只有50纳米，需要说明的是，人类头发丝的厚度是其两千倍。

高温离子轰击（Ion Bombardment at Elevated Temperature）

然而，在室温下，离子束会破坏砷化镓的晶体结构，从而破坏其半导体性质。因此，HZDR离子束中心的Facsko课题组在离子轰击过程中对样品进行加热。400oC左右，破坏的结构迅速的恢复了。

进一步研究，在半导体表面上开发出了纳米沙丘。碰撞的离子不仅移动了它们撞击的原子，而且还将晶体结构中独立的原子完全排除出去。由于表面上挥发性的砷无法保持键合，很快表面上就只剩下镓原子了。为了弥补缺失的砷原子键，两个砷化镓原子在长轴上自发排列结成对。如果离子束撞击旁边更深层的原子，因为这个温度太低不足以使已经形成的镓原子对溢出。一段时间以后，镓原子对就形成纳米沙丘。

对于保持半导体材料的晶体态，以及在纳米尺度上制备精细的结构，在不同温度下进行实验以及全面的计算是很有必要的。HZDR的Facsko博士说，“反外延方法对多种材料有效，但仍处于基础研究节段。因为我们使用的离子能量很低（1KV以下），采用简单的方法就能产生，我们希望可以为工业实施提供一条途径。与当前方法类似结构的制造还需要更多的努力。”

新材料在线编译整理——翻译：菠菜   校正：摩天轮