如何鑽個奈米洞?

在奈米技術的研究裡，小即是美。即使是個簡單的洞，如果它夠小，也有潛在的用途。例如，可以做分子偵測器，或是微小的印刷底板等。最近，哈佛大學的一群研究人員，成功的在一片薄而硬的氮化矽薄膜上鑽出直徑只有幾奈米的洞。這是怎麼辦到的呢?他們用一種稱為``離子束雕刻”的技術。基本上，就是以離子束當鑿子，將材料表面的原子逐個敲掉。在敲的過程中，他們意外的發現，如果條件(離子束強度，溫度)控制得當，離子束也能幫忙添加原子。也就是說，離子束可以讓一個原本較大的洞漸漸縮小，甚至整個癒合封閉起來。實際上的過程是，有些原子被敲鬆了之後，會沿著表面擴散，並被類似毛細作用的力引到洞口附近，使洞口縮小。他們發現的效應除了用在製造奈米洞之外，也讓我們對離子束與物質之間的相互作用有更深的認識。

這群研究員，也試著把鑽好的洞拿來作為DNA分子的偵測器。做法是這樣，以這片鑽了一個奈米洞的氮化矽薄膜，將一份鹽溶液隔開成兩部分。然後，在鹽溶液兩端加上120毫伏特的微小電位差。這會導致一個很微量的離子電流(約2奈安培)流過奈米洞。這時候，將兩股交纏的DNA分子放在負電位的鹽溶液中，由於這個分子帶負電，它會被電力拉著穿過微洞，跑向另一邊。他們觀察到了斷斷續續的電流阻隔現象，這應該就是DNA分子穿過微洞時造成的。類似的偵測器以往是用有機材料做的，氮化矽的好處是它在機械性質及化學性質上都較為穩定，而且，洞的大小也可以任意製作。

這個新發現的技術除了可以鑽洞之外，可能可以用來作微縫或微溝槽，也可以用在鋁，矽，或二氧化矽等材料上。將來如果可以設計出高度平行化的鑽洞法(也就是說，一次鑽一排洞，或一次鑽一個二維陣列的洞)，應該能有更多科學上或技術上有趣的應用。

[本文摘自J. Tersoff, Nature, 412, 135 (2001)]