基于离子束辐照形变的三维金属纳米结构与器件制造

三维金属纳米结构是三维纳米器件与三维集成中空间纳米电极及互联线的主体,是器件与外界信号的传递通道。集成有超导三维金属纳米结构的超导量子干涉器件具有对空间磁场单自旋分辨率的探测精度,在空间量子信息处理、纳米材料、纳米表征等领域具有潜在的应用。本项目拟通过载能离子束辐照，对自支撑(freestanding)金属纳米结构的塑性形变进行控制，获得超导金属三维闭合回路结构，用以构建具有单自旋探测精度的三维超导量子器件阵列。深入研究离子束辐照过程中的注入效应、尺寸效应与衬底效应，掌握自支撑纳米结构各部位的温度、电荷、应力分布对形变的作用规律与机理,形成具有纳米尺度精度与三维空间维度的金属纳米结构的制造技术；研究制备的三维金属纳米结构的机械、热力学与电学性质,优化形变调控手段，实现基于离子束辐照形变的三维金属纳米结构与具有对空间磁场单自旋分辨率探测精度的金属钨三维超导量子干涉器件的批量制造。

本项目研究离子束辐照形变技术用于三维金属纳米结构与器件的制造，通过聚焦离子束辐照对一维金属纳米结构与二维金属薄膜结构的塑性形变进行了调控，加工了空间取向、尺寸、分布以及形状可设计，可调制的多种自支撑金属纳米结构。深入研究了离子束辐照下不同材料体系所呈现的不同效应；掌握了形变的作用规律与机理；获得了三维金属纳米结构的可控可设计制造技术。研究了制备的三维金属纳米结构的电学与光学性质， 尤其是等离激元结构中的异常法诺共振现象，探索了其物理机理，对结构的光学性能进行了模拟与优化，并探索了这种结构在纳米光学等离激元传感上的应用。本项目研究为新型纳米结构与器件研究，如量子器件以及三维纳米光学等离激元器件的大面积高精度制造提供了新途径与实验证实。取得的成果包括在国际刊物上发表论文20来篇，申请专利8项，培养博士生2名，撰写英文书章节2章，中文书章节4章。