Son zamanlarda araştırmacılar,Tohoku Üniversitesi(Japonya) femtosaniye lazerleri başarılı bir şekilde mikro/nanografen filmler imal etmek, zarar görmeden çok noktalı delikler oluşturmak ve kirletici maddeleri çıkarmak için kullandı. Ekip, tekniğin umarız geleneksel, daha karmaşık yöntemlerin yerini alacağını ve kuantum malzeme araştırması ve biyosensör geliştirmede potansiyel ilerlemelere yol açacağını söylüyor.
Grafen 2004 yılında keşfedildi ve yıkıcı etkisi o zamandan beri çeşitli bilimsel alanları etkiledi. Yüksek elektron hareketliliği, mekanik dayanım ve termal iletkenlik gibi dikkate değer özelliklere sahiptir. Bugüne kadar endüstri, grafen bazlı transistörlerin, şeffaf elektrotların ve sensörlerin geliştirilmesine yol açan yeni nesil bir yarı iletken malzeme olarak grafenin potansiyelini keşfetmek için önemli ölçüde zaman ve çaba harcadı.
Bununla birlikte, bu cihazları pratik uygulamalar için kullanılabilir hale getirmenin anahtarı, etkili işleme teknolojisidir, bu da grafen filmlerin mikro ve nano ölçekte oluşturulabileceği anlamına gelir. Tipik olarak nanolitografi ve odaklanmış iyon ışını yöntemleri, mikro/nano ölçekli malzeme işleme ve cihaz üretimi için kullanılır. Bununla birlikte, büyük ekipman ihtiyacı, uzun imalat süreleri ve karmaşık operasyonlar, laboratuvar araştırmacıları için uzun vadeli zorluklar oluşturmaktadır.
Ocak ayında, Japonya'daki Tohoku Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, kalınlığı 5 ila 50 nanometre arasında olan ince silisyum nitrür cihazlarının mikro/nano fabrikasyonuna izin veren bir teknik icat ettiler. Yöntem bir kullanırfemtosaniye lazerçok kısa, çok hızlı ışık atımları yayar. İnce malzemeleri vakum ortamı olmadan hızlı ve kolay bir şekilde işleyebildiği kanıtlanmıştır.
Aynı araştırma grubu, bu yöntemi grafenin ultra ince atomik katmanlarına uygulayarak, grafen filme zarar vermeden çok noktalı delme işlemini başarıyla gerçekleştirmiştir. Bu atılımdaki başarıları Nano Letters'ın 16 Mayıs 2023 tarihli sayısında yayınlandı.
Japonya'daki Tohoku Üniversitesi'ndeki Multidisipliner İleri Malzemeler Araştırma Enstitüsü'nde yardımcı doçent ve makalenin ortak yazarı Yuuki Uesugi, "Giriş enerjisini ve lazer çıkışlarının sayısını uygun şekilde kontrol ederek, hassas işleme ve 520 nm lazer dalga boyundan çok daha küçük olan, 70 nm ile 1 mm'den daha büyük çaplarda delikler oluşturun."
Uesugi ve meslektaşları, düşük enerjili lazer darbesiyle ışınlanan alanı yüksek performanslı bir elektron mikroskobu aracılığıyla daha yakından inceledikten sonra, kirleticilerin de grafenden ayrıldığını buldular. Daha fazla büyütülmüş gözlemler, çapı 10 nm'den küçük nano gözenekleri ve birkaç karbon atomunun eksik olduğu grafenin kristal yapısında atomik düzeyde kusurları ortaya çıkardı.
Uygulamaya bağlı olarak, grafendeki atomik kusurların hem zararlı hem de faydalı yanları vardır. Kusurlar bazen belirli özellikleri bozabilirken, aynı zamanda yeni işlevler sunabilir veya belirli özellikleri geliştirebilir.
Uesugi, "Nano gözeneklerin yoğunluğunun ve kusurların lazer ışınlamalarının enerjisi ve sayısıyla orantılı olarak arttığını gözlemledik ve nano gözeneklerin ve kusurların oluşumunun femtosaniye lazer ışınımı kullanılarak kontrol edilebileceği sonucuna vardık." "Grafende nano gözenekler ve atomik düzeyde kusurlar oluşturarak, yalnızca iletkenliği değil, aynı zamanda spin ve vadi gibi kuantum düzeyindeki özellikleri de kontrol etmek mümkündür. Ek olarak, bu araştırmada bulunan kirleticilerin femtosaniye lazerle çıkarılması, gelişmeye yol açabilir. yıkanmış yüksek saflıkta grafenin tahribatsız temizliği için yeni bir yöntemin."
İleriye dönük olarak ekip, lazerleri kullanarak bir temizleme tekniği oluşturmayı ve atomik kusur oluşumunun nasıl gerçekleştirileceğine dair detaylı çalışmalar yapmayı hedefliyor. Daha ileri atılımların, kuantum malzeme araştırmalarından biyosensör geliştirmeye kadar uzanan alanlarda önemli bir etkisi olacaktır.
