本发明涉及纳米计量溯源，尤其是涉及一种原子能级跃迁波长与硅晶面间距的比对测量方法。
背景技术：
1、随着纳米科技的迅猛发展，纳米制造已成为了许多领域的关键技术，包括电子、医疗、材料科学等。纳米制造涉及到纳米级尺度下的物质组装、加工和操控，其中长度的精确测量是确保产品质量和性能的基础。在纳米尺度下微小的尺寸变化可能导致物质性质的显著变化，例如纳米线、纳米颗粒和纳米薄膜等纳米材料的尺寸对其性能具有重要影响，因此需要进行精确的尺寸测量来保证其制备质量。计量学中的溯源性指的是测量结果可以追溯到国际或国家标准的能力，这对于确保测量结果的可靠性、可比性和可信度至关重要。在不同实验室、不同仪器之间进行测量时，可溯源确保了测量结果可以追溯到统一标准，从而保证了不同实验室、不同仪器之间的测量结果的一致性和可比性。
2、对于长度计量溯源链，量值传递的起点是国际单位制中“米”的定义→激光波长等计量基准→计量型测试仪器→标准样本→日常测量仪器。“米”定义的发展经历了漫长而复杂的历史过程，其最初定义为巴黎经线的一千万分之一。1889年第一届国际计量大会(cgpm)通过了一项决议，将长度基准定义为一个由铂铱合金制成的棒杆。但是其使用并不方便也不准确，因此人们开始尝试使用物理常数来定义长度单位。1960年，在第十一届国际计量大会上决定把米的定义改为86kr原子的2p10和5d1能级间能级跃迁辐射真空波长的1650763.73倍的长度。1983年，第十七届国际计量大会将“米”重新定义为光在真空中行进的路径长度，其数值等于光在真空中行进1/299792458秒的距离。硅晶格常数是指晶体硅晶格中最小重复单元的长度，通常用埃(10-10m)或纳米(10-9m)来表示，具有很高的准确性和稳定性。通过x射线衍射等方法测量晶格常数，可以间接地确定长度单位米的数值，从而实现纳米尺度下长度的准确测量。随着硅晶格间距测量不确定度水平不断提高，2018年第26届国际计量大会上通过了将22.5℃真空环境下，硅{220}晶格间距d220＝192.0155714×10-12m作为纳米尺度长度单位“米”的次级复现方式。
3、原子光刻技术是一种先进的纳米制造技术，其利用激光驻波场来调控原子的运动轨迹，使原子向驻波场的波节或波腹汇聚，以在衬底上形成周期性的光栅结构。由于激光波长对应于使用原子两个能级间的能级跃迁波长，因此所制备光栅的周期可以看作是原子能级跃迁波长的物化，具有极高的准确性和极小的不确定度。此外，由于原子光刻技术可以实现原子能级跃迁波长的物化，相比于稳频激光器的标准谱线不容易受到温湿度等环境的影响，在实际应用中有着可批量制造、操作方便、易于转移等优点。这展示了一条可直接溯源到“米”定义的基于原子能级跃迁波长物化光栅的长度溯源链的潜力，不再需要额外的计量基准或计量型测试仪器进行校准，缩小了量值传递过程中的误差积累。因此，将基于原子能级跃迁波长的物化光栅与其他国际公认的“米”定义的次级复现方式，例如硅晶格间距进行对比，将是其有望作为“米”定义次级复现方式的有力实验验证。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种原子能级跃迁波长与硅晶面间距的比对测量方法。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种原子能级跃迁波长与硅晶面间距的比对测量方法，包括以下步骤：
3、s1、采用原子光刻技术制备掩膜光栅；
4、s2、利用软x射线干涉光刻技术制备得到硅光栅；
5、s3、基于原子能级跃迁波长计算硅光栅的理论周期值；
6、s4、基于硅光栅的tem图像，以硅晶面间距为基准标尺测量硅光栅的实际周期值；
7、s5、通过比较硅光栅的理论周期值与实际周期值给出两种溯源传递方式的一致性评价。
8、优选的，所述步骤s1中，所述原子光刻技术使用的原子种类是铬、铝或铁的任一种。
9、优选的，所述步骤s2具体为：利用软x射线干涉光刻技术对掩膜光栅周期进行倍频，制备得到硅光栅。
10、优选的，所述步骤s2中制备的硅光栅能在同一帧tem图像中观察到至少一个周期的硅光栅结构和硅晶格结构。
11、优选的，所述硅晶格的晶向是<100>、<110>和<111>。
12、优选的，所述步骤s3中，所述硅光栅的理论周期值的表达式为
13、
14、其中，pfre为硅光栅的理论周期值，pal为原子光刻光栅的理论周期，m为软x射线干涉光刻的衍射级次。
15、优选的，所述软x射线干涉光刻的衍射级次m＝1或m＝2。
16、优选的，所述步骤s3具体为：结合原子光刻光栅的理论周期值与软x射线干涉光刻中的衍射级次计算硅光栅的理论周期值。
17、优选的，所述步骤s4中，硅光栅的实际周期值的表达式为
18、
19、其中，n1为相邻两个硅晶格平面间距所占像素值，n2为硅光栅相邻两个结构重心之间所占像素值，dref为通过x射线干涉仪或晶格比较仪测量得到的硅晶面间距参考值。
20、优选的，所述步骤s5中，所述一致性评价为
21、因此，本发明采用上述的一种原子能级跃迁波长与硅晶面间距的比对测量方法，具有以下有益效果：
22、(1)本发明使用的比对载体为原子光刻技术结合软x射线干涉光刻技术制备的周期百纳米以下的硅光栅；
23、(2)本发明首次实现了原子能级跃迁波长与硅晶面间距的比对，比较了两种长度溯源链的准确性和一致性；
24、(3)本发明提出了一种多溯源途径的融合测量方法，可有效提升纳米尺度测量的准确性，降低单一测量方法的误差积累。
25、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
1.一种原子能级跃迁波长与硅晶面间距的比对测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种原子能级跃迁波长与硅晶面间距的比对测量方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述原子光刻技术使用的原子种类是铬、铝或铁的任一种。
3.根据权利要求1所述的一种原子能级跃迁波长与硅晶面间距的比对测量方法，其特征在于，所述步骤s2具体为：利用软x射线干涉光刻技术对掩膜光栅周期进行倍频，制备得到硅光栅。
4.根据权利要求1所述的一种原子能级跃迁波长与硅晶面间距的比对测量方法，其特征在于：所述步骤s2中制备的硅光栅能在同一帧tem图像中观察到至少一个周期的硅光栅结构和硅晶格结构。
5.根据权利要求4所述的一种原子能级跃迁波长与硅晶面间距的比对测量方法，其特征在于：所述硅晶格的晶向是<100>、<110>和<111>。
6.根据权利要求1所述的一种原子能级跃迁波长与硅晶面间距的比对测量方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述硅光栅的理论周期值的表达式为
7.根据权利要求6所述的一种原子能级跃迁波长与硅晶面间距的比对测量方法，其特征在于：所述软x射线干涉光刻的衍射级次m＝1或m＝2。
8.根据权利要求1所述的一种原子能级跃迁波长与硅晶面间距的比对测量方法，其特征在于，所述步骤s3具体为：结合原子光刻光栅的理论周期值与软x射线干涉光刻中的衍射级次计算硅光栅的理论周期值。
9.根据权利要求1所述的一种原子能级跃迁波长与硅晶面间距的比对测量方法，其特征在于，所述步骤s4中，硅光栅的实际周期值的表达式为
10.根据权利要求1所述的一种原子能级跃迁波长与硅晶面间距的比对测量方法，其特征在于：所述步骤s5中，所述一致性评价为
