Недавно су истраживачи наУниверзитет Тохоку(Јапан) су користили фемтосекундне ласере за успешну производњу микро/нанографенских филмова, стварајући рупе са више тачака без оштећења и уклањајући загађиваче. Тим каже да ће техника, надамо се, заменити конвенционалне, сложеније методе, што ће довести до потенцијалног напретка у истраживању квантних материјала и развоју биосензора.
Графен је откривен 2004. године, а његов реметилачки утицај је од тада утицао на различите научне области. Има изузетна својства као што су висока покретљивост електрона, механичка чврстоћа и топлотна проводљивост. До данас, индустрија је уложила значајно време и труд да истражи потенцијал графена као полупроводничког материјала следеће генерације, што је довело до развоја транзистора на бази графена, провидних електрода и сензора.
Међутим, кључ да ови уређаји буду доступни за практичну примену је ефикасна технологија обраде, што такође значи да се графенски филмови могу конструисати на микро и нано-скали. Типично, нанолитографија и методе фокусираног јонског снопа се користе за обраду материјала на микро/наносмеру и производњу уређаја. Међутим, потреба за великом опремом, дугим временом производње и сложеним операцијама представљају дугорочне изазове за лабораторијске истраживаче.
Још у јануару, истраживачи на Универзитету Тохоку у Јапану измислили су технику која омогућава микро/нанофабрикацију танких уређаја од силицијум нитрида дебљине између 5 и 50 нанометара. Метода користи афемтосекундни ласеркоји емитује веома кратке, веома брзе импулсе светлости. Доказано је да може брзо и лако да обрађује танке материјале без вакуумског окружења.
Применом ове методе на ултра танке атомске слојеве графена, иста истраживачка група је сада успешно извршила бушење са више тачака без оштећења графенског филма. Њихов успех са овим открићем објављен је у издању Нано Леттерс од 16. маја 2023.
Иууки Уесуги, доцент на Мултидисциплинарном истраживачком институту за напредне материјале на Универзитету Тохоку у Јапану и коаутор рада, рекао је: „Правилном контролом улазне енергије и броја ласерских излаза, били смо у могућности да извршимо прецизну обраду и стварају рупе пречника од 70 нм до више од 1 мм, што је много мање од таласне дужине ласера од 520 нм.
Након детаљнијег испитивања подручја озраченог нискоенергетским ласерским импулсом кроз електронски микроскоп високих перформанси, Уесуги и његове колеге су открили да су загађивачи такође уклоњени из графена. Даља увећана посматрања открила су нанопоре мање од 10 нм у пречнику и дефекте на атомском нивоу у кристалној структури графена, где је недостајало неколико атома угљеника.
У зависности од примене, атомски дефекти у графену имају и штетне и корисне стране. Док дефекти понекад могу деградирати одређена својства, они такође могу увести нове функције или побољшати одређена својства.
Уесуги је додао: "Уочили смо тенденцију да се густина нанопора и дефеката повећава пропорционално са енергијом и бројем ласерског зрачења и закључили да се - формирање нанопора и дефеката може контролисати коришћењем фемтосекундног ласерског зрачења." "Формирањем нанопора и дефеката на атомском нивоу у графену, могуће је контролисати не само проводљивост већ и својства на квантном нивоу као што су спин и долина. Поред тога, фемтосекундно ласерско уклањање загађивача пронађено у овом истраживању могло би довести до развоја нове методе за недеструктивно чишћење испраног графена високе чистоће."
Гледајући унапред, тим има за циљ да успостави технику чишћења помоћу ласера и да спроведе детаљне студије о томе како извршити формирање атомских дефеката. Даља открића ће имати значајан утицај на области које се крећу од истраживања квантних материјала до развоја биосензора.
