Pred kratkim so raziskovalci naUniverza Tohoku(Japonska) so uporabili femtosekundne laserje za uspešno izdelavo mikro/nanografenskih filmov, ustvarjanje večtočkovnih lukenj brez poškodb in odstranjevanje kontaminantov. Ekipa pravi, da bo tehnika, upamo, nadomestila običajne, bolj zapletene metode, kar bo vodilo k morebitnemu napredku v raziskavah kvantnih materialov in razvoju biosenzorjev.
Grafen je bil odkrit leta 2004 in njegov razdiralni učinek je od takrat vplival na različna znanstvena področja. Ima izjemne lastnosti, kot so visoka mobilnost elektronov, mehanska trdnost in toplotna prevodnost. Do danes je industrija vložila veliko časa in truda v raziskovanje potenciala grafena kot polprevodniškega materiala naslednje generacije, kar je vodilo v razvoj tranzistorjev, prozornih elektrod in senzorjev na osnovi grafena.
Vendar pa je ključ do tega, da so te naprave na voljo za praktično uporabo, učinkovita tehnologija obdelave, kar tudi pomeni, da je mogoče grafenske filme izdelati na mikro in nano ravni. Običajno se metode nanolitografije in fokusiranega ionskega žarka uporabljajo za obdelavo materialov v mikro/nanometru in izdelavo naprav. Vendar pa potreba po veliki opremi, dolgi časi izdelave in zapletene operacije predstavljajo dolgoročne izzive za laboratorijske raziskovalce.
Že januarja so raziskovalci na univerzi Tohoku na Japonskem izumili tehniko, ki omogoča mikro/nanofabrikacijo tankih naprav iz silicijevega nitrida z debelino med 5 in 50 nanometrov. Metoda uporablja afemtosekundni laserki oddaja zelo kratke, zelo hitre svetlobne impulze. Izkazalo se je, da lahko hitro in enostavno obdeluje tanke materiale brez vakuumskega okolja.
Z uporabo te metode za ultra-tanke atomske plasti grafena je ista raziskovalna skupina zdaj uspešno izvedla večtočkovno vrtanje, ne da bi poškodovala grafenski film. Njihov uspeh s tem prebojem je bil objavljen v številki Nano Letters z dne 16. maja 2023.
Yuuki Uesugi, docent na Multidisciplinarnem raziskovalnem inštitutu za napredne materiale na univerzi Tohoku na Japonskem in soavtor prispevka, je dejal: "S pravilnim nadzorom vhodne energije in števila laserskih izhodov smo lahko izvedli natančno obdelavo in ustvarijo luknje s premeri od 70 nm do več kot 1 mm, kar je veliko manj kot laserska valovna dolžina 520 nm.
Po natančnejšem pregledu območja, obsevanega z nizkoenergijskim laserskim impulzom skozi visokozmogljiv elektronski mikroskop, so Uesugi in njegovi kolegi ugotovili, da so bili onesnaževalci odstranjeni tudi iz grafena. Nadaljnja povečana opazovanja so pokazala nanopore s premerom manj kot 10 nm in napake na atomski ravni v kristalni strukturi grafena, kjer je manjkalo več ogljikovih atomov.
Odvisno od uporabe imajo atomske napake v grafenu tako škodljive kot koristne strani. Čeprav lahko napake včasih poslabšajo določene lastnosti, lahko tudi uvedejo nove funkcije ali izboljšajo določene lastnosti.
Uesugi je dodal: "Opazili smo težnjo, da se gostota nanopor in napak poveča sorazmerno z energijo in številom laserskih obsevanj, in ugotovili, da je - nastanek nanopor in napak mogoče nadzorovati z uporabo femtosekundnega laserskega obsevanja." "Z oblikovanjem nanopor in napak na atomski ravni v grafenu je mogoče nadzorovati ne le prevodnost, ampak tudi lastnosti na kvantni ravni, kot sta vrtenje in dolina. Poleg tega bi femtosekundno lasersko odstranjevanje kontaminantov, ugotovljeno v tej raziskavi, lahko vodilo do razvoja nove metode za nedestruktivno čiščenje opranega grafena visoke čistosti."
V prihodnje želi ekipa vzpostaviti tehniko čiščenja z uporabo laserjev in izvesti podrobne študije o tem, kako izvesti tvorbo atomskih napak. Nadaljnji prodori bodo pomembno vplivali na področja, od raziskav kvantnih materialov do razvoja biosenzorjev.
