اخیراً محققان دردانشگاه توهوکو(ژاپن) از لیزرهای فمتوثانیه برای ساخت موفقیت آمیز فیلم های میکرو/نانوگرافن، ایجاد حفره های چند نقطه ای بدون آسیب و حذف آلاینده ها استفاده کرده است. این تیم میگوید امیدواریم این روش جایگزین روشهای مرسوم و پیچیدهتر شود و منجر به پیشرفتهای بالقوه در تحقیقات مواد کوانتومی و توسعه حسگرهای زیستی شود.
گرافن در سال 2004 کشف شد و از آن زمان تأثیر مخرب آن بر زمینه های علمی مختلف تأثیر گذاشته است. دارای خواص قابل توجهی مانند تحرک الکترون بالا، استحکام مکانیکی و هدایت حرارتی است. تا به امروز، صنعت زمان و تلاش قابل توجهی را برای کشف پتانسیل گرافن به عنوان یک ماده نیمه هادی نسل بعدی سرمایه گذاری کرده است که منجر به توسعه ترانزیستورهای مبتنی بر گرافن، الکترودهای شفاف و حسگرها شده است.
با این حال، کلید در دسترس قرار دادن این دستگاهها برای کاربردهای عملی، فناوری پردازش مؤثر است، که همچنین به این معنی است که فیلمهای گرافن میتوانند در مقیاس میکرو و نانو ساخته شوند. به طور معمول، روشهای نانولیتوگرافی و پرتو یون متمرکز برای پردازش مواد در مقیاس میکرو/نانو و ساخت دستگاه استفاده میشود. با این حال، نیاز به تجهیزات بزرگ، زمان ساخت طولانی و عملیات پیچیده چالشهای بلندمدتی را برای محققان آزمایشگاهی ایجاد میکند.
در ماه ژانویه، محققان دانشگاه توهوکو در ژاپن تکنیکی را اختراع کردند که امکان ساخت میکرو/نانو ساخت دستگاه های نازک نیترید سیلیکونی با ضخامت های بین 5 تا 50 نانومتر را فراهم می کند. این روش از الف استفاده می کندلیزر فمتوثانیهکه پالس های بسیار کوتاه و بسیار سریع نور ساطع می کند. ثابت کرده است که می تواند مواد نازک را به سرعت و به راحتی بدون محیط خلاء پردازش کند.
با اعمال این روش بر روی لایه های اتمی فوق نازک گرافن، همین گروه تحقیقاتی اکنون با موفقیت حفاری چند نقطه ای را بدون آسیب رساندن به لایه گرافن انجام داده است. موفقیت آنها با این موفقیت در شماره 16 می 2023 Nano Letters منتشر شده است.
یوکی اوسوگی، استادیار موسسه تحقیقاتی چند رشتهای مواد پیشرفته در دانشگاه توهوکو در ژاپن و یکی از نویسندگان مقاله، گفت: «با کنترل مناسب انرژی ورودی و تعداد خروجیهای لیزر، ما توانستیم پردازش دقیق و دقیق انجام دهیم. حفره هایی با قطرهای 70 نانومتر تا بیش از 1 میلی متر ایجاد کنید که بسیار کوچکتر از طول موج لیزر 520 نانومتر است.
اوسوگی و همکارانش پس از بررسی دقیقتر ناحیه تحت تابش پالس لیزر کمانرژی از طریق میکروسکوپ الکترونی با کارایی بالا دریافتند که آلایندهها نیز از گرافن حذف شدهاند. مشاهدات بزرگنماییشده بیشتر نانوحفرههایی با قطر کمتر از 10 نانومتر و نقص در سطح اتمی در ساختار کریستالی گرافن را نشان داد، جایی که چندین اتم کربن از دست رفته بود.
بسته به کاربرد، نقایص اتمی در گرافن جنبههای مضر و مفید دارند. در حالی که گاهی اوقات نقص ها می توانند ویژگی های خاصی را کاهش دهند، آنها همچنین می توانند عملکردهای جدیدی را معرفی کنند یا ویژگی های خاص را افزایش دهند.
Uesugi افزود: "ما تمایلی را مشاهده کردیم که چگالی نانوحفره ها و نقص ها متناسب با انرژی و تعداد تابش های لیزر افزایش می یابد و به این نتیجه رسیدیم که - تشکیل نانو منافذ و نقص ها را می توان با استفاده از تابش لیزر فمتوثانیه کنترل کرد." با تشکیل نانو منافذ و نقایص سطح اتمی در گرافن، میتوان نه تنها رسانایی، بلکه ویژگیهای سطح کوانتومی مانند اسپین و دره را نیز کنترل کرد. یک روش جدید برای تمیز کردن غیر مخرب گرافن با خلوص بالا شسته شده."
با نگاهی به آینده، هدف این تیم ایجاد یک تکنیک تمیز کردن با استفاده از لیزر و انجام مطالعات دقیق در مورد نحوه انجام تشکیل نقص اتمی است. پیشرفتهای بیشتر تأثیر قابلتوجهی بر حوزههایی از تحقیقات مواد کوانتومی تا توسعه حسگرهای زیستی خواهد داشت.
