Recent, cercetătorii de laUniversitatea Tohoku(Japonia) au folosit lasere femtosecunde pentru a fabrica cu succes filme de micro/nanografen, creând găuri multipunct fără deteriorare și îndepărtând contaminanții. Echipa spune că tehnica va înlocui, sperăm, metodele convenționale, mai complexe, ceea ce duce la potențiale progrese în cercetarea materialelor cuantice și dezvoltarea biosenzorilor.
Grafenul a fost descoperit în 2004, iar impactul său perturbator a avut impact asupra diferitelor domenii științifice. Are proprietăți remarcabile, cum ar fi mobilitate mare a electronilor, rezistență mecanică și conductivitate termică. Până în prezent, industria a investit timp și efort semnificativ pentru a explora potențialul grafenului ca material semiconductor de ultimă generație, ceea ce a condus la dezvoltarea de tranzistori pe bază de grafen, electrozi transparenți și senzori.
Cu toate acestea, cheia pentru a face aceste dispozitive disponibile pentru aplicații practice este tehnologia eficientă de procesare, ceea ce înseamnă, de asemenea, că filmele de grafen pot fi construite la scară micro și nano. În mod obișnuit, nanolitografia și metodele cu fascicul de ioni focalizați sunt utilizate pentru procesarea materialelor la scară micro/nano și pentru fabricarea dispozitivelor. Cu toate acestea, nevoia de echipamente mari, timpi lungi de fabricație și operațiuni complexe reprezintă provocări pe termen lung pentru cercetătorii de laborator.
În ianuarie, cercetătorii de la Universitatea Tohoku din Japonia au inventat o tehnică care permite micro/nanofabricarea dispozitivelor subțiri cu nitrură de siliciu cu grosimi între 5 și 50 de nanometri. Metoda folosește alaser femtosecundecare emite impulsuri de lumină foarte scurte și foarte rapide. S-a dovedit a fi capabil să proceseze materiale subțiri rapid și ușor, fără un mediu de vid.
Prin aplicarea acestei metode la straturile atomice ultra-subțiri de grafen, același grup de cercetare a realizat acum cu succes forarea în mai multe puncte fără a deteriora pelicula de grafen. Succesul lor cu această descoperire a fost publicat în numărul din 16 mai 2023 din Nano Letters.
Yuuki Uesugi, profesor asistent la Institutul de Cercetare Multidisciplinară pentru Materiale Avansate de la Universitatea Tohoku din Japonia și coautor al lucrării, a declarat: „Prin controlul corespunzător a energiei de intrare și a numărului de ieșiri laser, am putut efectua o procesare precisă și creați găuri cu diametre cuprinse între 70 nm și mai mult de 1 mm, ceea ce este mult mai mic decât lungimea de undă a laserului de 520 nm."
După o examinare mai atentă a zonei iradiate de pulsul laser de energie scăzută printr-un microscop electronic de înaltă performanță, Uesugi și colegii săi au descoperit că contaminanții au fost, de asemenea, îndepărtați din grafen. Observații suplimentare amplificate au relevat nanopori cu diametrul mai mic de 10 nm și defecte la nivel atomic în structura cristalină a grafenului, unde lipseseră mai mulți atomi de carbon.
În funcție de aplicație, defectele atomice ale grafenului au atât laturi dăunătoare, cât și benefice. În timp ce defectele pot degrada uneori anumite proprietăți, ele pot, de asemenea, introduce noi funcții sau pot îmbunătăți proprietăți specifice.
Uesugi a adăugat: „Am observat o tendință ca densitatea nanoporilor și a defectelor să crească proporțional cu energia și numărul de iradieri laser și am ajuns la concluzia că - formarea nanoporilor și a defectelor poate fi controlată prin utilizarea iradierii laser cu femtosecunde. „Prin formarea de nanopori și defecte la nivel atomic în grafen, este posibil să se controleze nu numai conductivitatea, ci și proprietățile la nivel cuantic, cum ar fi spin și vale. În plus, îndepărtarea cu laser femtosecundă a contaminanților găsite în această cercetare ar putea duce la dezvoltarea a unei noi metode de curățare nedistructivă a grafenului spălat de înaltă puritate.”
Privind în perspectivă, echipa își propune să stabilească o tehnică de curățare folosind lasere și să efectueze studii detaliate despre modul de a realiza formarea defectelor atomice. Descoperirile ulterioare vor avea un impact semnificativ asupra domeniilor, de la cercetarea materialelor cuantice la dezvoltarea biosenzorilor.
