激光繪晶新技術讓材料“按需”生長

科技日報記者 張佳欣

美國密歇根州立大學團隊發現了一種“繪製”晶體的新方法。這種全新的激光繪晶技術，可在指定時間和位置“按需”生成晶體，為太陽能電池、LED照明及醫學成像等領域提供更精準的材料製造手段。這一突破性成果發表於最新一期《ACS Nano》雜誌。

晶體幾乎無處不在，從電視屏幕、煙霧報警器到超聲波設備和聲吶系統，它們獨特的光學和電學特性支撐着現代科技的發展。但在傳統的生長方法中，晶體往往在隨機時間和位置生成，難以保證質量與一致性，這一不確定性長期制約着高性能器件的製造。

為解決這一難題，團隊藉助超快激光技術，首次實現了在納米尺度上“繪製”晶體。他們選擇在實驗中生成鹵化鉛鈣鈦礦晶體，這是一類在LED、太陽能電池及醫學成像中具有重要應用的材料。

與以往復雜的晶體生長步驟不同，團隊沒有使用種子晶體作為晶體生長模板，而是將激光瞄準一個微小而閃亮的目標，即直徑不到人類頭髮千分之一的金納米顆粒。當單束激光脈衝照射金納米顆粒表面時，會產生瞬時加熱，這種相互作用誘導了晶體的生長。利用高速顯微技術，他們甚至能夠即時觀察這一過程的發生。

激光繪晶方法類似於用激光在金屬或木材上雕刻圖案，不僅能提升晶體制造的可控性，也為能源、電子和量子技術等領域提供了新的研究手段。同時，也幫助化學家進一步理解晶體形成這一長期難解的過程。

通過這種方法，團隊可以讓晶體在精確的時間和位置生長。他們能坐在顯微鏡前親眼觀看晶體誕生的第一瞬間，並能控制它的成長方向。接下來，他們計劃進一步使用多種顏色的激光“繪製”更加複雜的晶體圖案，並嘗試製造傳統工藝無法實現的新型材料。