閾值跟蹤和鎖相技術示意圖。圖片來源： 光：科學與套用 （2024 年）。DOI： 10.1038/s41377-023-01354-5
自飛秒雷射作為三維（3D）加工工具的早期演示以來，已經制造了具有令人興奮的光學、電子、機械和磁性功能的微器件，從而實作了從3D量子光子積體電路到智慧微型機器人的新概念。
在過去的十年中，該領域已經投入了大量精力來提高制造空間分辨率，並且已經報道了基於多光子吸收、刺激發射耗盡、遠場誘導近場增強和光激發誘導化學鍵效應的數十奈米特征尺寸。然而，單電子晶體管、單光子發射器（SPE）、單原子記憶體或量子位器件等高級套用需要更高的制造空間分辨率（小於 10 nm，遠遠超過光學繞射極限）。
在發表在 【光科學與套用】 上的一篇新論文中，由清華大學精密儀器系精密測量技術與儀器國家重點實驗室的孫洪波教授及其同事領導的一組科學家提出並使用閾值跟蹤和釘選（TTL）方法進行接近原子尺度的制造，透過該方法，特征尺寸為<5奈米， ~λ/100，接近量子極限，實作。
透過這種方法，研究人員可以實作單光子源的近乎統一產率的制造，具有高定位精度和對晶格的最小損壞。這些單光子源具有高亮度、高發射純度和高穩定性。
這種接近原子規模的雷射制造代表了可延伸量子光子技術向前邁出的重要一步。科學家們總結了TTL技術的原理：
「我們的想法是使用額外的雷射脈沖（探針光）來精確跟蹤在初始脈沖（制造光）下是否發生原子或近原子尺度損傷。目標材料的固失真傷閾值被精確釘選。值得一提的是，這種反饋方法不依賴於儀器的檢測靈敏度，可以精確釘選目標材料的內在損傷閾值，用於奈米級雷射制造。
「我們證明了這項工作中的雷射制造精度已經達到了量子極限，這是繼光學繞射極限之後的新裏程碑。當雷射能量接近近原子尺度損傷閾值時，單個原子的雷射燒蝕不一定發生在聚焦光斑的幾何中心。
「這是因為，在這種極限狀態下，雷射能量（高斯分布的頂部）提供的梯度將非常平坦。雷射能量梯度定義的擊穿區域將失效，局部原子燒蝕將隨機發生在某個區域（~幾奈米，具體值與目標材料有關），這將由局部電子的位置和能量波動決定，而不是入射雷射的功率密度斜率。
「透過TTL技術，可以實作具有奈米級定位精度的單光子源的近統一良率制造。同時，這些單光子源表現出優異的特性，包括高亮度（每秒發射近一千萬光子）、高發射純度和高穩定性。
「這一結果表明，接近原子規模的雷射制造在量子器件的套用中具有巨大潛力。
更多資訊： Xiao-Jie Wang et al， 空間分辨率接近量子極限的雷射制造， 光：科學與套用 （2024）.DOI： 10.1038/s41377-023-01354-5
