材料百态

美国麻省理工学院（MIT）研究团队开发出一种名为“内爆雕刻”的新型纳米制造技术，可在三维材料内部精确刻写结构。该技术加工精度优于100纳米，并成功制造出可用于可见光计算的微型三维光子器件，为可见光计算和高速光学处理提供了新的制造方案。相关成果发表于最新一期《自然·光子学》杂志。

可见光的波长在380至750纳米之间，要操控可见光，关键在于制造尺寸小于可见光波长的纳米结构，通常要求优于100纳米的加工精度。遗憾的是，现有三维制造技术尚未达到这一精度。双光子光刻技术虽能制造三维结构，但分辨率不足；而电子束光刻精度虽高，却只能在硅片表面形成二维结构，难以实现真正的三维制造。

在MIT团队此前提出的“内爆制造”概念基础上，此次研究发展出“内爆雕刻”新方法。该方法首先将一种水凝胶浸入光敏染料，再用激光照射指定位置。激光会激发染料产生活性氧分子，切断局部化学键，从而在材料内部形成精确空穴。完成雕刻后，再通过离子溶液处理和超临界干燥，使水凝胶在长、宽、高三个方向上均收缩至原尺寸的1/10以下，最终总体积减少到原来的1/2000，原本约800纳米的三维特征结构被压缩到不足100纳米。

为了展示该技术的灵活性，研究团队制造了多种三维结构，包括螺旋体以及受蝴蝶翅膀启发的结构。其中一些结构极薄且深宽比极高（即又细又高），传统双光子光刻无法稳定制备。

作为概念验证，团队还展示了一种能完成简单数字识别任务的光子器件。实验中，输入数字图案后，光线穿过内部多层空穴结构时发生衍射，最终在不同位置亮起，从而识别数字。这一过程不依赖电子元件，而是完全由光在器件中的传播完成，相当于构建了一种纯光学计算系统。

团队认为，这项技术的价值不仅在于提高了加工精度，更在于可在材料内部数百万个微小位置精准调控光学特性，并结合深度学习算法优化设计，为新型光学器件开发提供更大自由度。该技术可用于筛查血液中的循环肿瘤细胞，还有望应用于高通量病理成像、活检组织分析以及三维纳米流体芯片制造等领域。

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