Baru-baru ini, penyelidik diUniversiti Tohoku(Jepun) telah menggunakan laser femtosaat untuk menghasilkan filem mikro/nanographene dengan jayanya, mencipta lubang berbilang titik tanpa kerosakan dan menyingkirkan bahan cemar. Pasukan itu berkata teknik itu diharapkan akan menggantikan kaedah konvensional yang lebih kompleks, yang membawa kepada potensi kemajuan dalam penyelidikan bahan kuantum dan pembangunan biosensor.
Graphene ditemui pada tahun 2004, dan kesan gangguannya sejak itu telah memberi kesan kepada pelbagai bidang saintifik. Ia mempunyai sifat yang luar biasa seperti mobiliti elektron yang tinggi, kekuatan mekanikal, dan kekonduksian terma. Sehingga kini, industri telah melaburkan masa dan usaha yang besar untuk meneroka potensi graphene sebagai bahan semikonduktor generasi akan datang, yang membawa kepada pembangunan transistor berasaskan graphene, elektrod lutsinar dan penderia.
Walau bagaimanapun, kunci untuk menjadikan peranti ini tersedia untuk aplikasi praktikal ialah teknologi pemprosesan yang berkesan, yang juga bermakna filem graphene boleh dibina pada skala mikro dan nano. Biasanya, kaedah nanolitografi dan pancaran ion terfokus digunakan untuk pemprosesan bahan mikro/skala nano dan fabrikasi peranti. Walau bagaimanapun, keperluan untuk peralatan yang besar, masa fabrikasi yang panjang, dan operasi yang kompleks menimbulkan cabaran jangka panjang bagi penyelidik makmal.
Kembali pada bulan Januari, penyelidik di Universiti Tohoku di Jepun mencipta teknik yang membolehkan mikro/nanofabrikasi peranti silikon nitrida nipis dengan ketebalan antara 5 dan 50 nanometer. Kaedah menggunakan alaser femtosaatyang memancarkan denyutan cahaya yang sangat pendek dan sangat cepat. Ia telah terbukti mampu memproses bahan nipis dengan cepat dan mudah tanpa persekitaran vakum.
Dengan menggunakan kaedah ini pada lapisan atom ultra-nipis graphene, kumpulan penyelidikan yang sama kini telah berjaya melakukan penggerudian berbilang titik tanpa merosakkan filem graphene. Kejayaan mereka dengan kejayaan ini telah diterbitkan dalam Nano Letters edisi 16 Mei 2023.
Yuuki Uesugi, penolong profesor di Institut Penyelidikan Pelbagai Disiplin untuk Bahan Lanjutan di Universiti Tohoku di Jepun dan pengarang bersama kertas itu, berkata, "Dengan mengawal tenaga input dan bilangan output laser dengan betul, kami dapat melakukan pemprosesan yang tepat dan buat lubang dengan diameter antara 70 nm hingga lebih daripada 1 mm, yang jauh lebih kecil daripada panjang gelombang laser 520 nm."
Selepas pemeriksaan lebih dekat ke atas kawasan yang disinari oleh nadi laser tenaga rendah melalui mikroskop elektron berprestasi tinggi, Uesugi dan rakan-rakannya mendapati bahawa bahan cemar juga dikeluarkan dari graphene. Pemerhatian yang diperbesarkan selanjutnya mendedahkan nanopori kurang daripada 10 nm diameter dan kecacatan tahap atom dalam struktur kristal graphene, di mana beberapa atom karbon telah hilang.
Bergantung pada aplikasi, kecacatan atom dalam graphene mempunyai kedua-dua sisi yang merugikan dan menguntungkan. Walaupun kecacatan kadangkala boleh merendahkan sifat tertentu, ia juga boleh memperkenalkan fungsi baharu atau meningkatkan sifat tertentu.
Uesugi menambah, "Kami memerhatikan kecenderungan untuk ketumpatan nanopori dan kecacatan meningkat secara berkadar dengan tenaga dan bilangan penyinaran laser dan membuat kesimpulan bahawa - pembentukan nanopores dan kecacatan boleh dikawal dengan menggunakan penyinaran laser femtosecond." "Dengan membentuk nanopores dan kecacatan tahap atom dalam graphene, adalah mungkin untuk mengawal bukan sahaja kekonduksian tetapi juga sifat peringkat kuantum seperti putaran dan lembah. Di samping itu, penyingkiran laser femtosecond bahan cemar yang terdapat dalam penyelidikan ini boleh membawa kepada pembangunan kaedah baharu untuk pembersihan tidak merosakkan graphene ketulenan tinggi yang telah dibasuh."
Memandang ke hadapan, pasukan itu berhasrat untuk mewujudkan teknik pembersihan menggunakan laser dan menjalankan kajian terperinci tentang cara melakukan pembentukan kecacatan atom. Penemuan selanjutnya akan memberi impak yang ketara ke atas bidang yang terdiri daripada penyelidikan bahan kuantum kepada pembangunan biosensor.
