在一根发丝的尺寸上能伫立10栋如此迷人的小房子!这并非童话故事,而是扫描电子显微镜的杰作。这栋漂亮的小屋很可爱吧?仔细看它在照片上展现出的细节:门上方挂着的花冠、枫叶门毡、侧边的杉树、壁炉的砖块……《糖果屋》童话里的亨泽尔(Hänsel)和格蕾特尔(Gretel)想必会上去咬一口,但事实上这一口却不够塞牙缝,因为这栋屋子的尺寸只及头发直径的十分之一!
它的长度是0.01毫米,这使它成为了当之无愧的世界最小房屋。这栋小屋子是由加拿大麦克马斯特大学研究员特拉维斯·卡萨格兰德(Travis Casagrande)在圣诞假期期间制作的——巧合的是,若将这位研究员的姓氏拆分为“Casa grande”,便成了西班牙语的“大房子”!
在加拿大,圣诞节的传统习俗是制作一块香料面包来装点餐桌,在节日期间使房屋充满香气,特拉维斯保留了这项习俗的精髓,但彻底改变了其制作方法。首先你需要一台扫描电子显微镜来观察和操作,记得要配上一把离子枪,这是制作和装饰小房子必不可少的工具。至于原材料,则要用到1微米厚的硅片,把它放置在扫描电子显微镜的样品室,样品室需要清理干净,以免有其他物质颗粒影响操作。
用“喷焊枪”切割将离子枪调至最大功率,然后像用喷焊枪一样使用它。离子流会撞击硅片并剥离硅原子,直至硅片被穿透。通过移动硅片,可以切割出小房子墙壁和屋顶的部分。接着,配有超细针头的高精度机械臂能将这些部件粘在针头上,小心地移动它们然后组装在一起,这栋小房子就拔地而起了。给小房子增添被雪覆盖的效果,需要喷涂一种包含钨原子的气态分子混合物。
把离子枪调至低功率并对准房屋的边缘处,此时喷出的离子流能破坏气态分子内部的化学键,从中游离而出的钨原子会迅速与附近的硅原子重新组成新的化学键,最终呈现为题图中圣诞小屋的“雪景”。接下来开始设计装饰物:被设定为中等功率的离子枪能够绘制丰富的细节。这是由于在这一功率下,离子流能使房屋表面的钨原子脱离,并露出隐藏于其下的硅原子。当绘制完这些细节,这栋世界上最小的房子也就大功告成啦!
现在只需要拍一张精美的照片并发到朋友圈,来惊艳你的好友们了。然而你的手机在这个尺寸下根本没有任何用处。在电子的尺度下,只有扫描电子显微镜能产生清晰的图像,而根据型号的不同,最多可以放大20万倍。那么特拉维斯·卡萨格兰德的硅质袖珍屋有什么意义呢?其实这只是为了展现实验室里现有的设备和技术。
绝大多数时间里,扫描电子显微镜和离子枪被用于金属、矿物或其他材质样品的观测和切割,以此研究它们的结构和性能,这一过程能为工业界研发和测试不同的合金材料提供帮助。这栋产自加拿大的小屋也威胁到了之前由法国弗朗什-孔泰电子、机械、热力与光学科技研究所(FEMTO-ST)团队创造的世界纪录,该团队是微观雕塑领域的行家。无需赘言,他们正着手建造一栋更小的房子。
这栋小房子将建在一根光纤的末端,带一扇能在光的作用下打开的天窗。真让人恨不得一睹为快!