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难以置信:原子尺度3D打印大爆发

2015-07-15 08:51
龙凰
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  Jennifer Hoffman——量子材料领域的杰出科学家、哈佛大学物理学教授,本月将作为研究基于氧化物异质结构的量子材料和设备的加拿大卓越研究主席加入不列颠哥伦比亚大学(UBC)。在这个新职位上,她将创建一个研究计划,将重点放在以原子精度组合和创造新的量子材料上。说得更加明白一点,她正在试图创造一种可以在原子尺度上3D打印出令人难以置信的微小物体的方法。

  听起来是不是有点疯狂或者太过高科技了?好吧,如果您对量子材料这个概念不太清楚的话,这是可以理解的,因为就算身处最为前沿科研领域的科学家们也还没有对其充分了解。据OFweek3D打印网小编了解,经典物理学中的日常规律根本无法解释在这些材料中发现的、几乎算得上是怪异的相互作用,但是这种材料具有非常有用的磁性和电子属性。

  就在这个充满未知的领域,Hoffman将利用她的知识启动一个项目,该项目将一个原子一个原子地3D打印对象,以组装出量子异质结构——这是一种由多种材料、只适用于量子物理学法则的对象。她希望能够在未来几年里完成这样的壮举,或者至少为这样的目标打下一个基础。

  那么,Hoffman打算究竟怎么样在这样一个令人难以置信的围观尺度上3D打印对象?她计划将两种关键的工艺组合起来,其中包括分子束外延(MBE)技术——它可以实现单个原子层的垂直堆叠(这代表Z轴);以及扫描探针光刻技术——它能够使用一种极其锋利的尖端移动和放置在横向方向上的单个原子(表示X轴和Y轴)。这两种技术单个而言,都不能构建起3D结构,但是,Hoffman称,如果将它们结合起来,有可能实现原子水平的3D打印。

  “我们寻求在原子尺度上将任意电子结构精确地嵌入3D材料。”去年Hoffman在向Gordon and Betty Moore基金会解释她的计划时说。

  去年她向加拿大政府提交了一个在原子尺度3D打印的CERC提案,以及一项向Moore基金会寻求资助她的研究的提案。

  “这两项提案获得了资助,但我尚没有结果可报告。”Hoffman称,“这是一个长期的、高风险、高回报的研究项目,所以我并不期待凭着这些资助会在5年或者7年之内就会出结果。”

  虽然这无疑也是3D打印的一种形式,但是它比我们都熟知的那些技术要复杂的多,因为要在微观世界里操弄原子,可不是一件容易的事,其实原子弹就是其中最为简单,又为大众所深知的原子级别的应用。至于Hoffman要开发的原子级别3D打印技术,为了便于理解,她打了一个比方,就像一本由多个单原子厚的书页组成的书,然后科学家们会一页页地将其逐个堆积起来,形成结构。

  如果成功的话,这将对人类的未来产生无与伦比的影响,那就是真的到了无物不可3D打印的程度了,试想一下,就目前而言,作为组成物质的最小单位,用原子进行3D打印的话还需要什么材料?就算凭空3D打印出一块金子来也不是不可能的,当然,真的到了那个地步,实际情况可能没有这么简单,原子间的组合起码得有巨大的能量才行。但是,起码我们看到了这种可能性,不是吗?

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