量子光学和光子学的一个重要目标是提高光与物质之间相互作用的强度，从而制造出更好的光电探测器或量子光源。

光学谐振器能长时间保持光线，并增强光线与物质的相互作用。因此，利用光学谐振器是实现这一目标的最有效技术。如果谐振器同样非常紧凑，将光挤压到一个非常小的空间区域，那么这种相互作用就会被进一步放大；在完美的谐振器中，一个原子大小的区域就能长时间储存光线。 

数十年来，工程师和物理学家一直在努力解决这样一个问题：如何在不影响性能的前提下制造出更小的光学谐振器，这与如何制造出更小的半导体器件有异曲同工之妙。根据半导体行业未来15年的发展战略，半导体结构的最小宽度将为8纳米，即几十个原子宽。

去年，丹麦技术大学索伦·斯托贝（Søren Stobbe）副教授和他在DTU Electro公司的同事们制造出了8纳米的空腔；现在，他们提出并展示了一种独特的方法，可以在几个原子的尺度上制造出带有空隙的自组装空腔。 

他们在《自然》（Nature）杂志上发表的论文详细介绍了这一发现。

简而言之，实验是将两半硅器件悬挂在弹簧上，但要等到硅器件牢固地固定在玻璃层上。由于器件是用传统的半导体技术制造的，因此两半器件之间的距离只有几十纳米。选择性蚀刻玻璃后，结构就被释放出来，现在它只需要弹簧的支撑。

由于这两个部分是如此紧密地结合在一起，表面力导致它们相互吸引；通过精心设计硅结构的架构，最终在原子尺度的弓形间隙周围形成了硅镜面自组装谐振器。

硅基半导体技术的进步得益于一种特殊的方法，即“自上而下法”。

另一种方法被称为“自下而上”技术：即尝试让纳米技术系统自行组合。它试图模仿由化学或生物过程产生的生物系统，如植物或动物中的生物系统。

这两种方法背后的基本思想是纳米技术的特点。问题在于这两种方法以前并没有结合在一起：自组装（self-assembled）结构长期以来一直在原子尺度上运行，但它们没有提供与外界互连的架构，而半导体是可扩展的，但无法达到原子尺度。

此次，研究小组假定两种方法的结合是可行的，并着手构建超越标准光刻和蚀刻能力的纳米结构：他们只使用了传统的光刻和蚀刻技术。

他们计划使用两种表面力：范德华力将两个部分固定在一起，卡西米尔力将它们吸引在一起。这两种力的基础是相同的基本现象：量子波动。

通过创建光子空腔，研究人员能够将光子限制在极小的气隙中，以至于无法对其进行精确测量，甚至无法用透射电子显微镜进行测量。不过，他们构建的最小空腔只有1-3个硅原子大小。

第一作者巴巴尔（Ali Nawaz Babar）补充说：“自组装的优势在于你可以制造微小的东西，可以制造出具有惊人特性的独特材料。但今天，你不能把它用于任何插入电源插座的东西。你无法将它与世界其他地方连接起来。”

“因此，我们需要所有常用的半导体技术来制造导线或波导，以便将自组装的任何东西与外部世界连接起来。”

这项研究展示了一种连接两种纳米技术方法的可行技术，即采用新一代制造技术，将自组装提供的原子尺寸与传统半导体生产的可扩展性结合起来。

斯托贝（Søren Stobbe）说：“我们不必在事后去寻找这些空腔，然后将它们插入另一种芯片结构中。由于尺寸太小，这也是不可能的。换句话说，我们是在原子的尺度上构建一个已经插入到宏观电路中的东西。”

“我们对这一新的研究方向感到非常兴奋，未来还有很多工作要做。”

颠三倒四的时代