2008年2月21日，《自然》杂志最新一期Research Highlights栏目(Nature, Vol. 451, p868, Feb. 21, 2008)以“Lithography: Luminous Lizards”为题报道了中国科学院理化技术研究所利用多光子纳米加工技术进行纳米复合材料三维微纳结构加工研究取得的进展。相关论文于2008年1月30日发表在《先进材料》杂志网络版(Adv. Mater. doi:10.1002/adma.200702035)。

 

由于受到传统光学理论衍射极限的限制，利用普通光刻技术难以进行纳米尺度三维加工。基于非线性光学原理的多光子技术为突破衍射极限获得纳米尺度加工分辨率提供了新的途径和方法。在中国科学院科学仪器创新研制项目的支持下，中科院“百人计划”入选者段宣明研究员带领有机纳米光子学研究组全体人员，自主研制成功了“纳米光子学超精细加工系统”。他们加强与国内外大学、研究机构合作，利用近红外波长的飞秒激光直写技术，通过对加工方法的深入研究，实现了纳米尺度的加工分辨率(Appl.Phys. Lett.,2007, 90, 071106, 131106; 91, 124103)，受到国内外科研人员广泛关注。同时开展了加工材料的功能化及纳米结构性能研究工作，在利用含有荧光染料的材料所加工的三维纳米线结构中观察到了激射现象(Appl. Phys. A, 2007, 89, 145)。

 

半导体纳米材料具有独特的光、电、磁性能。由于在多光子三维微纳结构加工中常用的光刻胶具有高粘度特性，难以将预先合成的纳米材料均匀分散。段宣明研究员首先提出了利用含有纳米材料前驱体的组分制备的光刻胶进行三维微纳结构加工，再通过原位合成纳米复合材料的方式实现纳米复合材料的三维加工思路，先后制备出二氧化钛纳米复合材料(Thin Solid Films, 2004, 453, 518)及硫化镉纳米复合材料的三维光子晶体(Appl. Phys. A, 2007, 86, 427; 被杂志主编选为Invited Paper发表)，并观察到纳米复合材料生成可增强光子带隙效应。

 

为此，研究团队进一步通过调节光刻胶中的交联剂量控制光固化后的高分子交联网络密度，实现了原位合成的硫化镉纳米粒子的尺寸控制，所获得的纳米复合材料的荧光发光波长在450纳米至530纳米之间范围可调(Chem. Lett. 2007, 36, 156)。在上述工作基础上，利用上述纳米粒子尺寸可控原位合成技术与多光子三维微纳结构加工技术，制备出了包括具有多种颜色荧光的细胞尺寸三维微米牛等多种三维微结构，并发现在尺寸较小部位具有较强的发光强度。《自然》杂志在Highlight中指出，上述动物造型在原理上证明，此方法可被用于制备微型发光器件。

 

研究团队受邀为《科学通报》“飞秒激光物理、技术与应用专题” 撰写上述相关研究述评，并被选为封面文章发表(科学通报 2008, 53, 2-13)。

 

中国科学院、国家自然科学基金委及日本科学技术振兴机构(JST)给予研究团队大力支持。（来源：中国科学院理化技术研究所）