熱遷移是由于溫度梯度導致的物質的定向擴散，這在流體中比較顯著，但是在固體中該效應通常被認為比較微弱，需要較長時間才能看到較為明顯的影響。然而西安交大科研人員最近發現，熱遷移可以快速驅動塊體金屬材料中的原子可控地重構成單晶納米線結構，該成果刊登在最新一期的《自然·通訊》雜志上。

論文鏈接

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12416-x

左圖：基于熱遷移通過熱拉拔制備單晶納米線的示意圖  右圖：熱拉拔制備單晶納米線的原位透射電鏡照片

受啟發于宏觀塊體單晶的提拉法制備工藝（Czochralski Method），西安交大科研人員提出了一種基于熱遷移的納米線生長方法：在納米尺度操控一個尖端曲率在100納米左右的針尖（保持室溫）去接觸加熱金屬固體的表面，由于尖端與金屬基體接觸點間形成的巨大溫度梯度，金屬基體中的原子可以通過表面的類液層，在熱遷移的影響下快速沉積到尖端。如果后撤針尖，原子會不斷在納米線/基體晶界處沉積，從而均勻生長成納米線結構。

研究團隊在透射電鏡中實現了該過程的原位觀測，證實了該方法對于Al、Au、Ag、Cu、Sn等常見金屬的納米線制備均適用，其納米線的均勻生長速率可達~3 nm/s。并且該方法具有良好的生長可控性，可以通過對尖端的位移控制來調控納米線的生長形態和直徑。

由于金屬納米線具備優良的物理性能，因此納米線的可控制備方法一直以來備受關注。傳統的納米線制備方法，例如光刻法、模板法、化學合成法等，通常只能在二維平面內制備納米線結構，并且很難將合成的納米線轉移到需要的地方。相比于這些方法，利用固體中的熱遷移來制備納米線的方法為構建納米結構提供了一條新途徑：如果對可移動金屬尖端加熱，就可以用類似于3D打印的方式在冷基板表面構建出任意的三維納米結構。這一技術有潛力應用到集成電路3D互連線的搭建上。

西安交通大學青年教師解德剛博士為論文的第一作者，西安交通大學單智偉教授、日本大阪大學尾方成信（Shigenobu Ogata）教授，美國麻省理工學院李巨教授為本論文的共同通訊作者。參與此工作的還有約翰霍普金斯大學馬恩教授，西安交通大學博士研究生聶志宇、楊岳清，以及日本大阪大學博士后新里秀平（Shuhei Shinzato）、清華大學博士劉鳳仙。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金委、111計劃2.0、陜西省博士后科學基金等項目的共同資助。