近日,英国拉夫堡大学的物理学家制造出了“世界上最小的小提琴”——一个用铂金打造的微型结构,其大小仅为一根人类头发的宽度。据悉,这把小提琴长35微米、宽13微米,诞生于该校新型纳米光刻系统的展示实验中。为便于理解,1微米等于一百万分之一米,而人类头发直径通常在17到180微米之间。
这把小提琴并不是可以演奏的乐器,而是一幅用于测试设备精度的显微结构。通过数码显微镜,可以看到这把小提琴与人类头发并排的高清图像。物理系主任Kelly Morrison教授表示,虽然制造“世界最小小提琴”看似是一项趣事,但这一过程帮助科研团队积累了关键的前期技术经验,为后续研究奠定了基础。
“世界最小小提琴”一词在流行文化中常被用来调侃夸大的情绪或抱怨,其流行最早可追溯至1970年代的美剧《MAS*H》。
该纳米光刻系统允许科研人员用光、磁以及电的方法设计和测试纳米尺度结构。Morrison教授介绍:“只有深入理解材料的基本行为,我们才能将其应用到新兴技术开发中,比如提升计算效率或创新能源采集方式。对最基础的科学机制掌握,是开发一切应用的前提,这套系统正好实现了这一点。”
新实验室的核心设备是NanoFrazor纳米雕刻仪,由Heidelberg Instruments公司制造。该设备采用加热的针状探头,通过热扫描光刻工艺在纳米尺度上“雕刻”图案。仪器被安放在密闭手套箱内,以防止灰尘和水汽污染。
制作过程中,科研人员首先在芯片表面涂覆两层光刻胶,然后用NanoFrazor在表面“烧”出小提琴图样,溶解下层后便形成了小提琴形状的腔体。随后,研究团队在腔体内部镀上一层极薄的铂金,再用丙酮除去多余材料。整个流程耗时约3小时,而最终成功其实经历了数月反复试验与优化。
目前,这套系统正被应用于计算相关技术研究。其中,Naëmi Leo博士带领的课题组致力于通过精确控制热量,实现更高效的数据存储与处理。研究中,他们结合磁性和电性材料,并引入能将光转化为热的纳米颗粒,从而在材料内部产生温度梯度,赋能下一代高效电子装置。
拉夫堡大学的纳米光刻系统,其核心部件NanoFrazor置于密封手套箱内,确保操作过程无污染。
另一研究方向,由Fasil Dejene博士主持,聚焦于利用量子材料替代当前的磁性数据存储方式。传统硬盘通过磁化比特存储信息,但随着设备体积缩小,难以保证磁稳定性。Dejene博士团队尝试利用量子材料开发更小巧、快速且可靠的新型存储系统,这一成果或可在类脑计算等前沿领域得到广泛应用。