一种高电荷离子，撞击由几层组成的物质。

你怎么能在材料的原子层上穿孔，而让下面的原子层完好无损呢？tuwien（维也纳）的科学家开发了一种在原子尺度上处理表面的技术。

TU Wien（维也纳）开发了一种纳米结构方法，利用这种方法，某些材料层可以非常精确地穿孔，而其他层则完全不受影响，即使射弹穿透了所有层。这是在高电荷离子的帮助下实现的。它们可用于选择性地处理新型二维材料系统的表面，例如将某些金属锚定在其上，然后这些金属可以用作催化剂。这一新方法已经发表在ACS Nano杂志上。

超薄层新材料

由多层超薄层组成的材料被认为是一个令人兴奋的新材料研究领域。自从高性能材料石墨烯（graphene）第一次被制造出来，它只由一层碳原子组成，许多新的薄膜材料已经被开发出来，通常具有很好的新特性。

弹丸穿透所有层，但只有在顶层，会形成一个大洞。下面的石墨烯完好无损。

“我们研究了石墨烯和二硫化钼的结合。这两层材料接触，然后通过微弱的范德瓦尔斯力相互粘附，”图文恩应用物理研究所的Janine Schwestka博士说，他是本出版物的第一作者。石墨烯是一种很好的导体，二硫化钼是一种半导体，这种结合对于新型数据存储设备的生产可能很有意义

然而，对于某些应用，材料的几何结构需要在纳米尺度上进行特殊处理，例如，为了通过添加额外类型的原子来改变化学性质或控制表面的光学性质。“这有不同的方法，”Janine Schwestka解释说。你可以用电子束或传统的离子束来修饰表面。然而，对于两层体系，总是存在同时影响两层的问题，即使只需要修改其中一层。

两种能量

当用离子束处理表面时，通常是离子的冲击力影响材料。然而，在杜维恩，使用的是相对缓慢的离子，它们是多重带电的。“在这里必须区分两种不同形式的能量，”理查德·威廉教授解释道。“一方面是动能，它取决于离子撞击表面的速度。另一方面，还有势能，它是由离子的电荷决定的。对于传统的离子束，动能起着决定性的作用，但对我们来说，势能尤其重要。”

这两种形式的能量有一个重要的区别：当动能穿透两个材料层系统时，动能会在两个材料层之间释放，而势能在两层材料层之间的分布非常不均匀：“二硫化钼对高电荷离子的反应非常强烈，”理查德·威廉说。“一个单一的离子到达这一层，就可以从层中移除几十个或几百个原子。剩下的是一个洞，在电子显微镜下可以非常清楚地看到。”另一方面，随后被弹丸击中的石墨烯层仍然完好无损：大部分势能已经释放。

同样的实验也可以反过来，这样高电荷离子首先撞击石墨烯，然后才击中二硫化钼层。在这种情况下，两层都完好无损：石墨烯为离子提供了必要的电子，使其在很短的时间内电中和。石墨烯中电子的迁移率非常高，撞击点也会立即“冷却”。离子穿过石墨烯层，没有留下永久的痕迹。之后，它不再对二硫化钼层造成太大的损害。

Richard Wilhelm说：“这为我们提供了一种全新的有针对性地操纵曲面的新方法。”。“我们可以在表面添加纳米孔，而不会损坏底层的基材。这样一来，人们就可以用二硫化钼制造出“掩模”，二硫化钼可以完全按照要求穿孔，然后在上面沉积某些金属原子。这为控制表面的化学、电子和光学性质开辟了全新的可能性。

参考文献：“原子尺度上用慢高电荷离子将纳米孔雕刻成范德瓦尔斯异质结构”，作者：Janine Schwestka，Heena Inani，Mukesh Tripathi，Anna Niggas，Niall McEvoy，Florian Libisch，Friedrich Aumayr，Jani Kotakoski和Richard a.Wilhelm，2020年7月30日，ACS Nano。

DOI:10.1021/acsnano.0c04476