美國麻省理工學院（MIT）研究團隊開發出一種名為“內爆雕刻”的新型納米制造技術，可在三維材料內部精確刻寫結構。該技術加工精度優於100納米，並成功制造出可用於可見光計算的微型三維光子器件，為可見光計算和高速光學處理提供了新的制造方案。相關成果發表於最新一期《自然·光子學》雜志。

可見光的波長在380至750納米之間，要操控可見光，關鍵在於制造尺寸小於可見光波長的納米結構，通常要求優於100納米的加工精度。遺憾的是，現有三維制造技術尚未達到這一精度。雙光子光刻技術雖能制造三維結構，但分辨率不足﹔而電子束光刻精度雖高，卻只能在硅片表面形成二維結構，難以實現真正的三維制造。

在MIT團隊此前提出的“內爆制造”概念基礎上，此次研究發展出“內爆雕刻”新方法。該方法首先將一種水凝膠浸入光敏染料，再用激光照射指定位置。激光會激發染料產生活性氧分子，切斷局部化學鍵，從而在材料內部形成精確空穴。完成雕刻后，再通過離子溶液處理和超臨界干燥，使水凝膠在長、寬、高三個方向上均收縮至原尺寸的1/10以下，最終總體積減少到原來的1/2000，原本約800納米的三維特征結構被壓縮到不足100納米。

為了展示該技術的靈活性，研究團隊制造了多種三維結構，包括螺旋體以及受蝴蝶翅膀啟發的結構。其中一些結構極薄且深寬比極高（即又細又高），傳統雙光子光刻無法穩定制備。

作為概念驗証，團隊還展示了一種能完成簡單數字識別任務的光子器件。實驗中，輸入數字圖案后，光線穿過內部多層空穴結構時發生衍射，最終在不同位置亮起，從而識別數字。這一過程不依賴電子元件，而是完全由光在器件中的傳播完成，相當於構建了一種純光學計算系統。

團隊認為，這項技術的價值不僅在於提高了加工精度，更在於可在材料內部數百萬個微小位置精准調控光學特性，並結合深度學習算法優化設計，為新型光學器件開發提供更大自由度。該技術可用於篩查血液中的循環腫瘤細胞，還有望應用於高通量病理成像、活檢組織分析以及三維納米流體芯片制造等領域。（記者張佳欣）