一种新的程序将使研究人员能够制造更小，更快，更强大的纳米级设备──并通过分子控制和精确度来实现这一目标。在圣地亚哥加利福尼亚大学使用单层碳原子或石墨烯，纳米工程师发明了一种制造纳米结构的新方法，其中包含明确定义的原子尺寸间隙。加州大学圣地亚哥雅各布斯工程学院的成果发表于1月份的纳米快报杂志上。

具有这些明确定义的原子尺寸间隙的结构可用于检测与某些疾病相关的单个分子，并且可能有一天会导致微处理器比现在的计算机小100倍。

产生极小间隙（称为纳米间隙）的能力在制造纳米级结构中是非常需要的，纳米级结构通常用作光学和电子器件中的组件。例如，通过减小微芯片上的电子电路之间的间隔，可以在同一芯片上安装更多电路以产生具有更大计算能力的设备。

博士团队由加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授Darren Lipomi领导的学生和本科研究人员证明，在两个纳米结构之间产生较小纳米间隙的关键是使用石墨烯间隔物，可以将其蚀刻掉以形成间隙。

石墨烯是已知最薄的材料：它只是一层碳原子，尺寸约为0.3纳米（nm），比人类头发薄约100,000倍。Lipomi团队开发的技术克服了标准制造方法的一些局限性，例如光刻和电子束光刻。相比之下，使用标准方法可以产生的最小纳米间隙是10-20nm宽。

“从哲学的角度来看，制作纳米差距很有意思，”Lipomi说。“虽然纳米技术的大部分努力都集中在制造材料上，但我们基本上没有做任何事情──但是尺寸可控。”

制造“没有”！

制备纳米间隙的方法始于薄膜的制备，其中单层石墨烯夹在两个金金属片之间。首先，石墨烯在铜基板上生长，然后在其上面铺上一块金金属。由于石墨烯对金的附着力比对铜的要好，因此整个石墨烯单层可以很容易地去除并在大面积上保持完整。与用于生产类似层状结构的其他技术相比，该方法允许石墨烯转移到金膜上，具有最小的缺陷或污染。

“我们在实验室开发的这种新方法称为金属辅助剥离。这是迄今为止我们可以在两种金属之间放置单层石墨烯并确保其不含裂缝，裂缝，折叠的唯一方法，或者不需要的化学物种，“Lipomi研究小组的研究生Alex Zaretski说，他是该技术的先驱，也是该研究的第一作者。“金属辅助去角质可能对使用大面积石墨烯的行业有用。”

一旦金/石墨烯复合物与铜基板分离，石墨烯层的新暴露侧被另一金片夹在中间以产生金：单层石墨烯：金薄膜。

然后将膜切成150nm宽的纳米结构。最后，用氧等离子体处理结构以除去石墨烯。结构的扫描电子显微照片显示金层之间极小的纳米间隙。

Nanogap应用程序！

该技术的一个潜在应用是对单个分子的超灵敏检测，特别是那些特定疾病的特征。当光照射在具有极小间隙的结构上时，限制在间隙内的电磁场变得极大地增强。反过来，这种增强的电磁场增加了间隙内任何分子产生的信号。

“如果某些疾病标记物进入并弥合了纳米结构之间的间隙，你会发现纳米间隙的光散射会发生变化，这种变化将与疾病是否存在相对应，”Lipomi说。

虽然本研究中报道的技术可以产生适用于光学应用的纳米结构，但它对电子应用来说是一个主要缺点。金纳米结构的拉曼光谱测量显示，在用氧等离子体处理之后，少量石墨烯仍保留在金层之间。这意味着到目前为止仅可以去除在金纳米结构表面附近暴露的石墨烯。石墨烯仍然在结构中对于电子器件是不可取的，这需要结构之间的整个间隙。该团队正在努力弄清楚如何解决这个问题。在未来，该团队还希望通过增加石墨烯层的数量来探索改变结构之间明确间隙的厚度的方法。

“对于光学应用，我们希望有一个比我们生成的更大的间隙。我们原本只想展示可能达到的最小间隙尺寸，”Lipomi说。