Masová výroba tranzistorů, elektrod nebo senzorů na bázi grafenu ještě naráží na několik překážek. Postrádáme dostatečně účinné techniky zpracování, které umožní strukturovat grafenové vrstvy v mikrometrovém a nanometrovém měřítku.
Při zpracování materiálů a výrobě zařízení v mikro/nanoměřítku se obvykle používá nanolitografie a fokusované iontové svazky. Výzkumníci z japonské Tohoku University nedávno vyvinuli techniku, která umožňuje zpracovávat nitrid křemíku o tloušťce od 5 do 50 nanometrů. Metoda využívala femtosekundový laser, který vysílal extrémně krátké a rychlé světelné pulzy. Ukázalo se, že technika je schopna rychle a hladce zpracovávat tenké materiály i bez nutnosti provádět celý proces ve vakuu.
Použitím této metody na ultratenkou atomární vrstvu grafenu se nyní stejné skupině podařilo provést vícebodové vrtání otvorů bez poškození vrstvy. „Díky řízení vstupní energie a počtu laserových pulzů jsme byli schopni provést přesné obrábění a vytvořit otvory o průměru od 70 nanometrů (mnohem menší než vlnová délka laseru 520 nanometrů) do více než jednoho milimetru,“ uvedl spoluautor studie Yuuki Uesugi.
Při bližším zkoumání oblastí ozářených nízkoenergetickými laserovými pulzy se navíc zjistilo, že technika nejen odstraňuje nečistoty, ale současně vytváří i nanopóry o průměru menším než 10 nanometrů a defekty na atomární úrovni, kde v krystalových strukturách grafenu chybělo několik atomů uhlíku. Takové zásahy mohou být škodlivé nebo výhodné v závislosti na zamýšleném využití materiálu. Některé „základní“ vlastnosti se mohou zhoršit, ale materiál může získat i nové funkce/specifické vlastnosti. Obecně by tímto způsobem mělo jít řídit např. elektrickou vodivost, ale i manipulovat se spinem nebo řídit v materiálu minima energie („údolí“, kde se mohou nacházet elektrony). Tvorbu nanopórů a dalších defektů lze regulovat – jejich hustota roste úměrně s energií a počtem laserových pulzů. Odstraňování nečistot zase mj. znamená novou metodu nedestruktivního „promývání“ vytvářejícího vysoce čistý grafen.
Naohiro Kadoguchi et al, Nanoprocessing of Self-Suspended Monolayer Graphene and Defect Formation by Femtosecond-Laser Irradiation, Nano Letters (2023). DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c00594
Zdroj: Tohoku University / Phys.org
