Recentment, investigadors deUniversitat de Tohoku(Japó) han utilitzat làsers de femtosegons per fabricar amb èxit pel·lícules de micro/nanografè, creant forats multipunt sense danys i eliminant contaminants. L'equip diu que s'espera que la tècnica substituirà els mètodes convencionals i més complexos, donant lloc a possibles avenços en la investigació de materials quàntics i el desenvolupament de biosensors.
El grafè es va descobrir l'any 2004 i el seu impacte disruptiu ha afectat des de llavors diversos camps científics. Té propietats notables com ara una gran mobilitat electrònica, resistència mecànica i conductivitat tèrmica. Fins ara, la indústria ha invertit temps i esforç significatius per explorar el potencial del grafè com a material semiconductor de nova generació, donant lloc al desenvolupament de transistors basats en grafè, elèctrodes transparents i sensors.
Tanmateix, la clau per fer que aquests dispositius estiguin disponibles per a aplicacions pràctiques és una tecnologia de processament eficaç, que també significa que les pel·lícules de grafè es poden construir a escala micro i nano. Normalment, la nanolitografia i els mètodes de feix d'ions enfocats s'utilitzen per al processament de materials a micro/nanoescala i la fabricació de dispositius. Tanmateix, la necessitat d'equipaments grans, temps de fabricació llargs i operacions complexes plantegen reptes a llarg termini per als investigadors de laboratori.
Al gener, investigadors de la Universitat de Tohoku al Japó van inventar una tècnica que permet la micro/nanofabricació de dispositius prims de nitrur de silici amb gruixos entre 5 i 50 nanòmetres. El mètode utilitza alàser de femtosegonsque emet polsos de llum molt curts i molt ràpids. S'ha demostrat que és capaç de processar materials prims de manera ràpida i senzilla sense un entorn de buit.
Amb l'aplicació d'aquest mètode a les capes atòmiques ultra fines del grafè, el mateix grup de recerca ha realitzat ara amb èxit la perforació multipunt sense danyar la pel·lícula de grafè. El seu èxit amb aquest avenç s'ha publicat al número del 16 de maig de 2023 de Nano Letters.
Yuuki Uesugi, professor ajudant de l'Institut de Recerca Multidisciplinària de Materials Avançats de la Universitat de Tohoku al Japó i coautor de l'article, va dir: "En controlar correctament l'energia d'entrada i el nombre de sortides làser, vam poder realitzar un processament precís i Creeu forats amb diàmetres que van des dels 70 nm fins a més d'1 mm, que és molt més petit que la longitud d'ona del làser de 520 nm".
Després d'un examen més detallat de l'àrea irradiada pel pols làser de baixa energia a través d'un microscopi electrònic d'alt rendiment, Uesugi i els seus col·legues van trobar que també s'eliminaven contaminants del grafè. Observacions més ampliades van revelar nanopors de menys de 10 nm de diàmetre i defectes a nivell atòmic a l'estructura cristal·lina del grafè, on havien desaparegut diversos àtoms de carboni.
Depenent de l'aplicació, els defectes atòmics del grafè tenen costats tant perjudicials com beneficiosos. Tot i que de vegades els defectes poden degradar certes propietats, també poden introduir noves funcions o millorar propietats específiques.
Uesugi va afegir: "Vam observar una tendència a que la densitat de nanopors i defectes augmentava proporcionalment amb l'energia i el nombre d'irradiacions làser i vam concloure que la formació de nanopors i defectes es pot controlar mitjançant l'ús de la irradiació làser de femtosegons". "En formar nanopors i defectes a nivell atòmic en el grafè, és possible controlar no només la conductivitat, sinó també les propietats a nivell quàntic com el gir i la vall. A més, l'eliminació làser de femtosegon dels contaminants trobats en aquesta investigació podria conduir al desenvolupament. d'un nou mètode per a la neteja no destructiva del grafè rentat d'alta puresa".
De cara al futur, l'equip pretén establir una tècnica de neteja amb làsers i realitzar estudis detallats sobre com realitzar la formació de defectes atòmics. Els avenços addicionals tindran un impacte significatiu en àrees que van des de la investigació de materials quàntics fins al desenvolupament de biosensors.
