盡管光學(xué)衍射極限極大地限制了納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)方法制備，但是這方面的努力和進(jìn)步一直都沒(méi)有停止過(guò)。在這樣的進(jìn)程中超快激光起到了重要的作用，“用超快制備超小結(jié)構(gòu)”成為其特色。目前這方面的努力大致可以分成三類(lèi)：（1）光束聚焦時(shí)以光子作為輔助，即非線性光學(xué)效應(yīng)；（2）光束聚焦時(shí)以金屬探針針尖作為輔助；（3）光束聚焦時(shí)以原子分子作為輔助�？偟目磥�(lái)，作為輔助的光子、探針針尖、原子分子等，它們的尺度越來(lái)越小，相應(yīng)能夠制備的納米結(jié)構(gòu)的尺寸也越來(lái)越小。飛秒超快激光液體中燒蝕法屬于第（3）類(lèi)，此前國(guó)際上雖然工作眾多，但是制備出的結(jié)構(gòu)多為平庸的納米顆粒，很少有非球形的納米結(jié)構(gòu)的報(bào)道。

中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）的表面物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室SF05組趙繼民副研究員在進(jìn)行表面及納米體系的超快光學(xué)研究中，采用上述方法制備銀納米結(jié)構(gòu)，在觀測(cè)到個(gè)別非球形納米結(jié)構(gòu)之后，改進(jìn)了國(guó)際上現(xiàn)有的方法，研究和改變了各種復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)條件以求制備出較小尺寸的銀納米孔。他與表面物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孟勝研究員一起, 細(xì)致分析了實(shí)驗(yàn)中觀察到的超小銀納米孔形成的微觀物理機(jī)制,并基于密度泛函理論構(gòu)造了納米孔形成的分子層次模型,揭示了其中包覆劑分子如何起到關(guān)鍵作用；并與先進(jìn)材料與結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)室楊槐馨研究員、納米物理與器件實(shí)驗(yàn)室徐紅星研究員等通力合作進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)表征和探索，制備出的納米孔達(dá)到直徑為2.3nm，深度為3nm。更進(jìn)一步，通過(guò)改變分子大小實(shí)現(xiàn)了改變銀納米孔直徑的大小，制備出直徑1.6nm的銀納米孔，印證了提出的物理機(jī)制的正確性并拓展了應(yīng)用前景。迄今國(guó)際上沒(méi)有其它top-down實(shí)驗(yàn)方法可以實(shí)現(xiàn)這樣小尺寸的金屬的納米結(jié)構(gòu)。

新方法結(jié)合了飛秒超快激光和化學(xué)包覆劑分子的優(yōu)點(diǎn)，其中納米孔的形成基于漸進(jìn)生長(zhǎng)物理機(jī)制。超小直徑的單個(gè)的銀納米孔可能應(yīng)用在帶孔洞的金屬覆蓋的近場(chǎng)光學(xué)掃描探針、高分辨成像覆蓋掩膜、磁性等離激元共振研究、單孔生物傳感器、等等領(lǐng)域。以上工作極大地促進(jìn)了以光學(xué)方法制備納米結(jié)構(gòu)的進(jìn)展，詳盡工作發(fā)表在近期的Nano Lett. 11, 3251-3257（2011）上，并獲得了相關(guān)發(fā)明專利。

上述工作得到了基金委、科技部、科學(xué)院百人計(jì)劃、科學(xué)院創(chuàng)新工程的支持。
 

圖一：銀納米孔的形貌圖及直徑分布圖，白色圓斑為納米孔，黑色部分為銀膜。

圖二：生長(zhǎng)形成納米孔的物理機(jī)制，中間為放大的圓孔，右邊A→B→C→C→D→E為不同的生長(zhǎng)序列階段。

圖三：形成納米孔的分子水平微觀物理機(jī)制，左圖為能量極小值，右圖為分子大小與孔直徑關(guān)系。

文章鏈接：
“Ultrasmall Silver Nanopores Fabricated by Femtosecond Laser Pulses”
http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/nl201529d