A közelmúltban a kutatók aTohoku Egyetem(Japán) femtoszekundumos lézereket használtak mikro/nanogrén fóliák sikeres előállítására, így többpontos lyukakat hoztak létre sérülés nélkül, és eltávolították a szennyeződéseket. A csapat szerint a technika remélhetőleg felváltja a hagyományos, összetettebb módszereket, ami potenciális előrelépésekhez vezet a kvantumanyag-kutatásban és a bioszenzorok fejlesztésében.
A grafént 2004-ben fedezték fel, és bomlasztó hatása azóta számos tudományterületre hatással volt. Figyelemre méltó tulajdonságokkal rendelkezik, mint például a nagy elektronmobilitás, a mechanikai szilárdság és a hővezető képesség. A mai napig az iparág jelentős időt és erőfeszítést fektetett a grafénben, mint új generációs félvezető anyagban rejlő lehetőségek feltárására, ami grafén alapú tranzisztorok, átlátszó elektródák és érzékelők kifejlesztéséhez vezetett.
Azonban ezeknek az eszközöknek a gyakorlati alkalmazásokhoz való elérhetővé tételének kulcsa a hatékony feldolgozási technológia, ami egyben azt is jelenti, hogy mikro- és nanoléptékben is grafén fóliákat lehet készíteni. Jellemzően nanolitográfiás és fókuszált ionsugaras módszereket alkalmaznak mikro/nano léptékű anyagok feldolgozására és eszközgyártására. A nagy berendezések, a hosszú gyártási idő és az összetett műveletek szükségessége azonban hosszú távú kihívások elé állítja a laboratóriumi kutatókat.
A japán Tohoku Egyetem kutatói még januárban feltaláltak egy technikát, amely lehetővé teszi az 5 és 50 nanométer közötti vastagságú vékony szilícium-nitrid eszközök mikro-/nanogyártását. A módszer afemtoszekundumos lézeramely nagyon rövid, nagyon gyors fényimpulzusokat bocsát ki. Bebizonyosodott, hogy képes vékony anyagokat gyorsan és egyszerűen feldolgozni vákuum környezet nélkül.
Ezzel a módszerrel a grafén ultravékony atomi rétegeire alkalmazva ugyanaz a kutatócsoport mára sikeresen végzett többpontos fúrást a grafénfilm sérülése nélkül. Ezzel az áttöréssel elért sikerüket a Nano Letters 2023. május 16-i számában tették közzé.
Yuuki Uesugi, a japán Tohoku Egyetem Fejlett Anyagok Multidiszciplináris Kutatóintézetének adjunktusa és a tanulmány társszerzője elmondta: "A bemeneti energia és a lézerkimenetek számának megfelelő szabályozásával precíz feldolgozást és feldolgozást tudtunk végezni. 70 nm-től 1 mm-nél nagyobb átmérőjű lyukakat hozzon létre, ami sokkal kisebb, mint az 520 nm-es lézerhullámhossz."
Az alacsony energiájú lézerimpulzus által besugárzott terület nagy teljesítményű elektronmikroszkóppal történő alaposabb vizsgálata után Uesugi és munkatársai megállapították, hogy a szennyeződéseket a grafénból is eltávolították. A további nagyított megfigyelések 10 nm-nél kisebb átmérőjű nanopórusokat és atomi szintű hibákat tártak fel a grafén kristályszerkezetében, ahol több szénatom hiányzott.
Az alkalmazástól függően a grafén atomi hibáinak van káros és előnyös oldala is. Míg a hibák néha ronthatnak bizonyos tulajdonságokat, új funkciókat is bevezethetnek, vagy bizonyos tulajdonságokat javíthatnak.
Uesugi hozzátette: "Megfigyeltük azt a tendenciát, hogy a nanopórusok és hibák sűrűsége arányosan nő a lézeres besugárzások energiájával és számával, és arra a következtetésre jutottunk, hogy - a nanopórusok és hibák kialakulása femtoszekundumos lézerbesugárzással szabályozható." "A grafén nanopórusainak és atomi szintű defektusainak kialakításával nemcsak a vezetőképesség, hanem a kvantumszintű tulajdonságok, például a spin és a völgy szabályozása is lehetséges. Ezen túlmenően a kutatás során talált szennyeződések femtoszekundumos lézeres eltávolítása a fejlesztést eredményezheti. egy új módszer a mosott, nagy tisztaságú grafén roncsolásmentes tisztítására."
A jövőre nézve a csapat célja egy lézeres tisztítási technika kidolgozása és részletes tanulmányok elvégzése az atomi hibaképzés végrehajtásáról. A további áttörések jelentős hatással lesznek a kvantumanyag-kutatástól a bioszenzorok fejlesztéséig terjedő területekre.
