北京
三維納米結構與器件具有更大空間自由度、更豐富和新奇的功能特性，在力學、電子學、光子學和生物醫學等領域展現出巨大優勢和應用前景。然而，三維納米結構與器件的可控加工仍面臨巨大挑戰。盡管基于聚焦離子束（FIB）的應變誘導折紙技術為可控加工提供了獨特路徑，在加工精度和結構自由度控制上展現出顯著優勢，但FIB逐點掃描的加工模式始終受限于高精度與大面積間的矛盾。
近日，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心納米物理與器件實驗室N10課題組在前期關于FIB應變誘導三維納米結構與器件研究的基礎上，發展了一種寬束離子束應變誘導加工新方法，實現了晶圓級三維納米結構與器件的高效率、高一致性可控加工。研究團隊采用寬束離子束輻照折紙技術，以“平行加工”替代FIB的“逐點掃描”，在4英寸晶圓上實現所有圖案結構同步三維折疊（圖a和b），加工時間從數小時壓縮至數十秒，大面積一致性超過97%。基于該技術，他們設計并加工出兩種不同功能的光子器件，一種是由非對稱劈裂諧振環陣列構成的手性彎曲超表面，在中紅外波段的圓二色性值高達到0.8；另一種是由平面光柵整體彎曲形成的曲率可控的等離激元超表面，在可見光波段實現了超過150納米的共振波長調諧，應用頻段范圍從紅外拓展至可見光波段，為三維集成光子器件走向晶圓級規模化制造奠定了基礎（圖c和d）。
圖 寬束離子束平行加工折紙技術和3D光子器件
這種三維納米結構與器件加工的新方法不僅繼承了FIB方法的設計靈活性，更在加工效率和規模化能力上實現了突破，為復雜三維結構與高性能、多功能光子器件設計與加工開辟了新路徑，也為進一步應用于高性能的納米力學、電學和生物醫學及集成器件制造等領域創造了條件。
該研究成果以“Unlocking Wafer-Scale 3D Photonic Systems with Ion-Beam-Induced Origami”為題，于2026年7月5日在線發表于《Advanced Materials》。中國科學院物理研究所博士生王藝為論文第一作者，中國科學院物理研究所顧長志研究員和郭陽副研究員為共同通訊作者。該研究受到科技部、國家自然科學基金委員會和中國科學院等項目的資助。
編輯：endlesscliff
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