“世界上最小的小提琴”这句话充满讽刺意味，用于表达轻蔑，但对一些研究人员来说，它却是一种骄傲的象征。得益于最新的纳米技术工具，英国拉夫堡大学的一个团队最近制作了字面意义上的世界上最小的小提琴。这件“乐器”仅长 35 微米，宽 13 微米，比人类的头发丝还细，与之相比，水熊虫看起来都显得庞大。
然而，别指望能听到任何缩微版的奏鸣曲。在这种情况下，工程师们设计的是小提琴的纳米级图像，而不是一件可演奏的乐器。即便如此，这项里程碑式的创举并非为了博眼球——它正在帮助专家们为下一代电子产品和计算机芯片突破界限。
几十年来，电子产品设计师和制造商一直在不断小型化产品，同时提高性能基准。按照被称为摩尔定律的轨迹，计算机芯片的容量大约每 1.5 到 2 年翻一番。这一理论最初由英特尔联合创始人戈登·摩尔于 1965 年提出，即使在 65 年后，他的同名理论在很大程度上仍然有效。但在不久的将来，制造商将无处可寻可升级的物理空间来存储数据——这时量子计算可能会发挥作用。
在那之前，研究人员必须转向越来越先进的技术来设计纳米级电子产品。其中一种方法是纳米光刻——拉夫堡大学的物理系最近购置了一套专为此类任务设计的新系统。
“我们的纳米光刻系统使我们能够设计各种方式来探测材料的实验——利用光、磁或电——并观察它们的反应，”实验物理学教授凯利·莫里森在最近的大学简介中说道。“一旦我们了解了材料的行为，我们就可以开始应用这些知识来开发新技术，无论是提高计算效率还是寻找新的能源收集方式。”
在此之前，莫里森和同事们需要了解基础科学。为了做到这一点，他们与 NanoFrazor 合作。由Heidelberg Instruments设计的这个庞大的设备依赖于一种称为热扫描探针光刻的技术来组装纳米级结构。本质上，庞大的 NanoFrazor 阵列最终会形成一个微观的、针状的尖端，能够观察和作用于原子大小的目标。一旦加热到 75 到 2012 华氏度之间的特定温度，该尖端就会烧蚀材料或刻蚀图案。
在用渲染程序绘制小提琴示意图后，团队用两层凝胶状聚合物涂覆了一个玻璃芯片，作为所谓的抗蚀剂的基础。然后将芯片放入 NanoFrazor，其加热的尖端将小提琴图案蚀刻到表面聚合物层上。接着，团队通过溶解现在暴露的底层来显影抗蚀剂，留下一个乐器形状的空白区域。然后，在芯片上涂覆一层铂，最后用丙酮冲洗以去除任何残留的材料。
虽然测试、完善和改进技术花了几个月时间，但最终的工艺 NanoFrazor 只用了大约三个小时就完成了项目。虽然要欣赏小提琴的细节需要显微镜，但一些眼尖的人可能自己就能发现它。即便如此，它看起来仍然像一粒尘埃。
随着测试项目的完成，研究人员已经开始进行更高级的研究。一个当前的项目涉及开发磁性数据存储方法的替代方案，而另一个项目则在研究热量如何帮助设计更快、更有效的存储和处理能力。
莫里森说：“虽然制作世界上最小的小提琴可能看起来像儿戏，但我们在过程中学到的很多东西实际上已经为我们目前进行的研究奠定了基础。但首先，我们需要了解基础科学，而这个系统使我们能够做到这一点。”
