激光绘晶新技术让材料“按需”生长

科技日报记者 张佳欣

美国密歇根州立大学团队发现了一种“绘制”晶体的新方法。这种全新的激光绘晶技术，可在指定时间和位置“按需”生成晶体，为太阳能电池、LED照明及医学成像等领域提供更精准的材料制造手段。这一突破性成果发表于最新一期《ACS Nano》杂志。

晶体几乎无处不在，从电视屏幕、烟雾报警器到超声波设备和声呐系统，它们独特的光学和电学特性支撑着现代科技的发展。但在传统的生长方法中，晶体往往在随机时间和位置生成，难以保证质量与一致性，这一不确定性长期制约着高性能器件的制造。

为解决这一难题，团队借助超快激光技术，首次实现了在纳米尺度上“绘制”晶体。他们选择在实验中生成卤化铅钙钛矿晶体，这是一类在LED、太阳能电池及医学成像中具有重要应用的材料。

与以往复杂的晶体生长步骤不同，团队没有使用种子晶体作为晶体生长模板，而是将激光瞄准一个微小而闪亮的目标，即直径不到人类头发千分之一的金纳米颗粒。当单束激光脉冲照射金纳米颗粒表面时，会产生瞬时加热，这种相互作用诱导了晶体的生长。利用高速显微技术，他们甚至能够实时观察这一过程的发生。

激光绘晶方法类似于用激光在金属或木材上雕刻图案，不仅能提升晶体制造的可控性，也为能源、电子和量子技术等领域提供了新的研究手段。同时，也帮助化学家进一步理解晶体形成这一长期难解的过程。

通过这种方法，团队可以让晶体在精确的时间和位置生长。他们能坐在显微镜前亲眼观看晶体诞生的第一瞬间，并能控制它的成长方向。接下来，他们计划进一步使用多种颜色的激光“绘制”更加复杂的晶体图案，并尝试制造传统工艺无法实现的新型材料。