Yn ddiweddar, mae ymchwilwyr ynPrifysgol Tohoku(Japan) wedi defnyddio laserau femtosecond i ffugio ffilmiau micro/nanograffen yn llwyddiannus, gan greu tyllau amlbwynt heb eu difrodi a chael gwared ar halogion. Dywed y tîm y bydd y dechneg, gobeithio, yn disodli dulliau confensiynol, mwy cymhleth, gan arwain at ddatblygiadau posibl mewn ymchwil deunyddiau cwantwm a datblygu biosynhwyrydd.
Darganfuwyd Graphene yn 2004, ac ers hynny mae ei effaith aflonyddgar wedi effeithio ar wahanol feysydd gwyddonol. Mae ganddo briodweddau rhyfeddol fel symudedd electronau uchel, cryfder mecanyddol, a dargludedd thermol. Hyd yn hyn, mae'r diwydiant wedi buddsoddi amser ac ymdrech sylweddol i archwilio potensial graphene fel deunydd lled-ddargludyddion cenhedlaeth nesaf, gan arwain at ddatblygu transistorau seiliedig ar graphene, electrodau tryloyw, a synwyryddion.
Fodd bynnag, yr allwedd i sicrhau bod y dyfeisiau hyn ar gael ar gyfer cymwysiadau ymarferol yw technoleg brosesu effeithiol, sydd hefyd yn golygu y gellir adeiladu ffilmiau graphene ar raddfa micro a nano. Yn nodweddiadol, defnyddir nanolithograffeg a dulliau trawst ïon ffocws ar gyfer prosesu deunydd micro / nanoraddfa a gwneuthuriad dyfeisiau. Fodd bynnag, mae'r angen am offer mawr, amseroedd gwneuthuriad hir, a gweithrediadau cymhleth yn peri heriau hirdymor i ymchwilwyr labordy.
Yn ôl ym mis Ionawr, dyfeisiodd ymchwilwyr ym Mhrifysgol Tohoku yn Japan dechneg sy'n caniatáu micro/naffabrication o ddyfeisiau nitrid silicon tenau gyda thrwch rhwng 5 a 50 nanometr. Mae'r dull yn defnyddio alaser femtosecondsy'n allyrru corbys byr iawn, cyflym iawn o olau. Mae wedi profi ei fod yn gallu prosesu deunyddiau tenau yn gyflym ac yn hawdd heb amgylchedd gwactod.
Trwy gymhwyso'r dull hwn i'r haenau atomig tra-denau o graphene, mae'r un grŵp ymchwil bellach wedi perfformio drilio aml-bwynt yn llwyddiannus heb niweidio'r ffilm graphene. Mae eu llwyddiant gyda'r datblygiad arloesol hwn wedi'i gyhoeddi yn rhifyn Mai 16, 2023 o Nano Letters.
Dywedodd Yuuki Uesugi, athro cynorthwyol yn y Sefydliad Ymchwil Amlddisgyblaethol ar gyfer Deunyddiau Uwch ym Mhrifysgol Tohoku yn Japan a chyd-awdur y papur, "Trwy reoli'r egni mewnbwn a nifer yr allbynnau laser yn iawn, roeddem yn gallu perfformio prosesu manwl gywir a creu tyllau gyda diamedrau yn amrywio o 70 nm i fwy nag 1 mm, sy'n llawer llai na thonfedd laser 520 nm."
Ar ôl archwiliad agosach o'r ardal a arbelydrwyd gan y pwls laser ynni isel trwy ficrosgop electron perfformiad uchel, canfu Uesugi a'i gydweithwyr fod halogion hefyd yn cael eu tynnu o'r graphene. Datgelodd arsylwadau chwyddedig pellach nanoborau llai na 10 nm mewn diamedr a diffygion lefel atomig yn strwythur grisial graphene, lle roedd nifer o atomau carbon wedi bod ar goll.
Yn dibynnu ar y cais, mae gan ddiffygion atomig mewn graphene ochrau niweidiol a buddiol. Er y gall diffygion weithiau ddiraddio rhai eiddo, gallant hefyd gyflwyno swyddogaethau newydd neu wella eiddo penodol.
Ychwanegodd Uesugi, "Fe wnaethom arsylwi tueddiad i ddwysedd nanoborau a diffygion gynyddu'n gymesur â'r egni a nifer yr arbelydru laser a daeth i'r casgliad - y gellir rheoli ffurfio nanoborau a diffygion trwy ddefnyddio arbelydru laser femtosecond." "Trwy ffurfio nanopores a diffygion lefel atomig mewn graphene, mae'n bosibl rheoli nid yn unig dargludedd ond hefyd eiddo lefel cwantwm fel sbin a dyffryn. Yn ogystal, gallai tynnu halogyddion laser femtosecond a ddarganfuwyd yn yr ymchwil hwn arwain at y datblygiad. o ddull newydd ar gyfer glanhau annistrywiol graphene purdeb uchel wedi'i olchi."
Gan edrych i'r dyfodol, nod y tîm yw sefydlu techneg lanhau gan ddefnyddio laserau a chynnal astudiaethau manwl ar sut i berfformio ffurfio diffygion atomig. Bydd datblygiadau pellach yn cael effaith sylweddol ar feysydd yn amrywio o ymchwil deunyddiau cwantwm i ddatblygu biosynhwyrydd.
