Nedavno su istraživači naUniverzitet Tohoku(Japan) su koristili femtosekundne lasere za uspješnu proizvodnju mikro/nanografenskih filmova, stvarajući rupe s više tačaka bez oštećenja i uklanjajući zagađivače. Tim kaže da će ova tehnika zamijeniti konvencionalne, složenije metode, što će dovesti do potencijalnog napretka u istraživanju kvantnih materijala i razvoju biosenzora.
Grafen je otkriven 2004. godine, a njegov remetilački uticaj od tada je uticao na različite naučne oblasti. Ima izuzetna svojstva kao što su visoka pokretljivost elektrona, mehanička čvrstoća i toplotna provodljivost. Do danas, industrija je uložila značajno vrijeme i trud u istraživanje potencijala grafena kao poluvodičkog materijala sljedeće generacije, što je dovelo do razvoja tranzistora na bazi grafena, prozirnih elektroda i senzora.
Međutim, ključ da se ovi uređaji postanu dostupni za praktičnu primjenu je efikasna tehnologija obrade, što također znači da se grafenski filmovi mogu konstruirati na mikro i nano-razini. Obično se nanolitografija i metode fokusiranog ionskog snopa koriste za obradu materijala na mikro/nano razmjerima i izradu uređaja. Međutim, potreba za velikom opremom, dugim vremenom proizvodnje i složenim operacijama predstavljaju dugoročne izazove za laboratorijske istraživače.
Još u januaru, istraživači sa Univerziteta Tohoku u Japanu izmislili su tehniku koja omogućava mikro/nanofabrikaciju tankih uređaja od silicijum nitrida debljine između 5 i 50 nanometara. Metoda koristi afemtosekundni laserkoji emituje veoma kratke, veoma brze impulse svetlosti. Dokazano je da može brzo i lako obraditi tanke materijale bez vakuumskog okruženja.
Primjenom ove metode na ultratanke atomske slojeve grafena, ista istraživačka grupa je sada uspješno izvela višestruko bušenje bez oštećenja grafenskog filma. Njihov uspjeh sa ovim otkrićem objavljen je u izdanju Nano Letters od 16. maja 2023.
Yuuki Uesugi, docent na Multidisciplinarnom istraživačkom institutu za napredne materijale na Univerzitetu Tohoku u Japanu i koautor rada, rekao je: "Pravilnom kontrolom ulazne energije i broja laserskih izlaza, uspjeli smo izvršiti preciznu obradu i stvaraju rupe prečnika od 70 nm do više od 1 mm, što je mnogo manje od talasne dužine lasera od 520 nm."
Nakon detaljnijeg ispitivanja područja ozračenog niskoenergetskim laserskim impulsom kroz elektronski mikroskop visokih performansi, Uesugi i njegove kolege otkrili su da su i zagađivači uklonjeni iz grafena. Dalja uvećana posmatranja otkrila su nanopore manje od 10 nm u prečniku i defekte na atomskom nivou u kristalnoj strukturi grafena, gde je nedostajalo nekoliko atoma ugljenika.
Ovisno o primjeni, atomski defekti u grafenu imaju i štetne i korisne strane. Dok defekti ponekad mogu degradirati određena svojstva, oni također mogu uvesti nove funkcije ili poboljšati određena svojstva.
Uesugi je dodao: "Uočili smo tendenciju da se gustoća nanopora i defekata povećava proporcionalno s energijom i brojem laserskog zračenja i zaključili da se - stvaranje nanopora i defekata može kontrolirati korištenjem femtosekundnog laserskog zračenja." "Formiranjem nanopora i defekata na atomskom nivou u grafenu, moguće je kontrolisati ne samo provodljivost već i svojstva na kvantnom nivou kao što su spin i dolina. Osim toga, femtosekundno lasersko uklanjanje kontaminanata pronađeno u ovom istraživanju moglo bi dovesti do razvoja nove metode za nedestruktivno čišćenje ispranog grafena visoke čistoće."
Gledajući unaprijed, tim ima za cilj uspostaviti tehniku čišćenja pomoću lasera i provesti detaljne studije o tome kako izvršiti formiranje atomskih defekata. Dalja otkrića imat će značajan utjecaj na područja u rasponu od istraživanja kvantnih materijala do razvoja biosenzora.
