納米結構制造的最新進展對許多領域的應用具有重要意義，包括生物醫(yī)學、化學、材料工程和環(huán)境修復。

特別是，納米通道（物理尺寸小于100nm的納米結構），研究人員正在積極研究其在DNA拉伸、納米流體和人造膜中的潛在用途。

例如，在基于聚合酶鏈反應的傳統(tǒng)DNA檢測方法中，單個突變基因很容易被視為噪聲。在直徑低于100nm的納米通道內，DNA分子可以沿著一條線拉伸。因此，有可能沿著單個DNA逐一研究堿基對，通過這些堿基對可以精確地發(fā)現(xiàn)單個突變基因。

大多數(shù)應用領域將受益于由硬材料（如二氧化硅、金剛石和藍寶石）制成的納米通道，這些材料在惡劣環(huán)境中具有高化學穩(wěn)定性和耐用性。不幸的是，到目前為止，在這種材料上制造深納米通道具有挑戰(zhàn)性，只有通過光刻技術的淺納米通道得到了廣泛和成功的復制。

圖：樣品的表面和側視圖顯示了長度為幾微米、直徑遠低于30nm的納米通道，這意味著長寬比非常高（>200）

中國西安交通大學的一個研究團隊正在專注于一種有前途的納米結構制造技術：飛秒激光直接寫入（FLDW）。簡單地說，F(xiàn)LDW利用極短（10e-15秒）和高精度高能激光脈沖來創(chuàng)建所需的納米結構（例如，納米孔、納米孔和納米石）。

發(fā)表在Advanced Photonics Nexus上的最新研究中，該團隊成功地使用FLDW創(chuàng)建了直徑為30 nm的二氧化硅納米通道，比以往任何研究中報道的都小，縱橫比超過200。這歸因于在該過程中發(fā)現(xiàn)的一種新的激光-物質相互作用現(xiàn)象。

在他們的工作中，團隊使用了貝塞爾光束——一種在傳播時甚至聚焦到一個小點時都能保持形狀的激光束。515nm波長的單個貝塞爾光束脈沖（通過倍頻從1030nm激光器獲得）被聚焦在離二氧化硅樣品表面剛好合適的距離處。

使用不同激光脈沖能量和樣品距離的一些實驗顯示了非常令人印象深刻的結果。在低脈沖能量下，根據(jù)樣品距離，在二氧化硅表面附近（小于1μm）發(fā)現(xiàn)了一個30nm大小的納米通道或純隕石坑結構。在高脈沖能量下，在材料內部深處（5μm以下）會形成一個更長的空腔，同時在表面形成一個凹坑。

經(jīng)過仔細的理論分析和模擬，該團隊意識到，迄今為止尚未發(fā)現(xiàn)的激光與材料的相互作用正在發(fā)揮作用，該團隊稱之為“表面輔助材料噴射”，在貝塞爾光束產(chǎn)生的內部“熱域”中產(chǎn)生空腔。

Paulina Segovia Olvera，《Advanced Photonics Nexus》副主編，注意到這項工作極大地促進了激光材料加工領域的知識進步：“這項工作為激光與物質相互作用的基本原理提供了新的見解。它表明，可以制造尺寸遠低于衍射極限的納米通道結構，這通常為傳統(tǒng)的基于激光的制造設定了納米結構特征尺寸的下限。”

鑒于這一進步，本研究可能為采用FLDW作為一種穩(wěn)健、靈活和成本效益高的方法，以亞微米精度制造納米通道鋪平道路。反過來，這有助于推動其在其他領域的應用，如基因組科學、催化和傳感器。

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