В последнее время исследователи изУниверситет Тохоку(Япония) использовали фемтосекундные лазеры для успешного изготовления микро/нанографеновых пленок, создания многоточечных отверстий без повреждений и удаления загрязнений. Команда говорит, что этот метод, как мы надеемся, заменит традиционные, более сложные методы, что приведет к потенциальным достижениям в исследованиях квантовых материалов и разработке биосенсоров.
Графен был открыт в 2004 году, и с тех пор его разрушительное воздействие затронуло различные области науки. Он обладает замечательными свойствами, такими как высокая подвижность электронов, механическая прочность и теплопроводность. На сегодняшний день отрасль вложила значительное время и усилия в изучение потенциала графена как полупроводникового материала следующего поколения, что привело к разработке транзисторов на основе графена, прозрачных электродов и датчиков.
Однако ключом к тому, чтобы сделать эти устройства доступными для практического применения, является эффективная технология обработки, которая также означает, что графеновые пленки могут быть созданы в микро- и наномасштабе. Как правило, методы нанолитографии и сфокусированного ионного пучка используются для обработки микро/наноразмерных материалов и изготовления устройств. Однако потребность в большом оборудовании, длительное время изготовления и сложные операции создают долгосрочные проблемы для лабораторных исследователей.
Еще в январе исследователи из Университета Тохоку в Японии изобрели метод, который позволяет производить микро/наноизготовление тонких устройств из нитрида кремния толщиной от 5 до 50 нанометров. Метод используетфемтосекундный лазеркоторый испускает очень короткие, очень быстрые импульсы света. Доказано, что он может быстро и легко обрабатывать тонкие материалы без вакуумной среды.
Применив этот метод к ультратонким слоям атомов графена, та же исследовательская группа успешно выполнила многоточечное сверление без повреждения графеновой пленки. Их успех в этом прорыве был опубликован в выпуске Nano Letters от 16 мая 2023 года.
Юки Уэсуги, доцент Многопрофильного научно-исследовательского института перспективных материалов Университета Тохоку в Японии и соавтор статьи, сказал: «Правильно контролируя входную энергию и количество лазерных выходов, мы смогли выполнить точную обработку и создавать отверстия диаметром от 70 нм до более 1 мм, что намного меньше длины волны лазера 520 нм».
После более тщательного изучения области, облучаемой низкоэнергетическим лазерным импульсом, через высокоэффективный электронный микроскоп, Уэсуги и его коллеги обнаружили, что загрязняющие вещества также были удалены с графена. Дальнейшие наблюдения с увеличением выявили нанопоры диаметром менее 10 нм и дефекты атомного уровня в кристаллической структуре графена, в которых отсутствовало несколько атомов углерода.
В зависимости от применения атомные дефекты в графене имеют как вредные, так и полезные стороны. Хотя дефекты могут иногда ухудшать определенные свойства, они также могут вводить новые функции или улучшать определенные свойства.
Уэсуги добавил: «Мы наблюдали тенденцию к увеличению плотности нанопор и дефектов пропорционально энергии и количеству лазерных облучений и пришли к выводу, что образованием нанопор и дефектов можно управлять с помощью фемтосекундного лазерного излучения». «Формируя нанопоры и дефекты атомарного уровня в графене, можно контролировать не только проводимость, но и свойства квантового уровня, такие как спин и долину. Кроме того, фемтосекундное лазерное удаление загрязнителей, обнаруженное в этом исследовании, может привести к развитию нового метода неразрушающей очистки промытого высокочистого графена».
Забегая вперед, команда стремится создать метод очистки с использованием лазеров и провести подробные исследования того, как выполнять формирование атомных дефектов. Дальнейшие прорывы окажут значительное влияние на самые разные области — от исследования квантовых материалов до разработки биосенсоров.
