Récemment, des chercheurs deUniversité du Tohoku(Japon) ont utilisé des lasers femtosecondes pour fabriquer avec succès des films de micro/nanographène, créant des trous multipoints sans dommage et éliminant les contaminants. L'équipe affirme que la technique remplacera, espérons-le, les méthodes conventionnelles plus complexes, conduisant à des avancées potentielles dans la recherche sur les matériaux quantiques et le développement de biocapteurs.
Le graphène a été découvert en 2004 et son impact perturbateur a depuis touché divers domaines scientifiques. Il possède des propriétés remarquables telles qu'une mobilité électronique élevée, une résistance mécanique et une conductivité thermique. À ce jour, l'industrie a investi beaucoup de temps et d'efforts pour explorer le potentiel du graphène en tant que matériau semi-conducteur de nouvelle génération, menant au développement de transistors à base de graphène, d'électrodes transparentes et de capteurs.
Cependant, la clé pour rendre ces dispositifs disponibles pour des applications pratiques est une technologie de traitement efficace, ce qui signifie également que les films de graphène peuvent être construits à l'échelle micro et nano. En règle générale, les méthodes de nanolithographie et de faisceaux d'ions focalisés sont utilisées pour le traitement de matériaux à l'échelle micro/nano et la fabrication de dispositifs. Cependant, le besoin d'équipements volumineux, de longs délais de fabrication et d'opérations complexes pose des défis à long terme pour les chercheurs de laboratoire.
En janvier dernier, des chercheurs de l'Université de Tohoku au Japon ont inventé une technique qui permet la micro/nanofabrication de dispositifs minces en nitrure de silicium d'une épaisseur comprise entre 5 et 50 nanomètres. La méthode utilise unelaser femtosecondequi émet des impulsions lumineuses très courtes et très rapides. Il s'est avéré capable de traiter rapidement et facilement des matériaux minces sans environnement sous vide.
En appliquant cette méthode aux couches atomiques ultra-minces de graphène, le même groupe de recherche a maintenant réussi à effectuer un forage multipoint sans endommager le film de graphène. Leur succès avec cette percée a été publié dans le numéro du 16 mai 2023 de Nano Letters.
Yuuki Uesugi, professeur adjoint à l'Institut de recherche multidisciplinaire sur les matériaux avancés de l'Université de Tohoku au Japon et co-auteur de l'article, a déclaré : « En contrôlant correctement l'énergie d'entrée et le nombre de sorties laser, nous avons pu effectuer un traitement précis et créer des trous avec des diamètres allant de 70 nm à plus de 1 mm, ce qui est beaucoup plus petit que la longueur d'onde laser de 520 nm."
Après un examen plus approfondi de la zone irradiée par l'impulsion laser à faible énergie à travers un microscope électronique à haute performance, Uesugi et ses collègues ont découvert que les contaminants étaient également éliminés du graphène. D'autres observations amplifiées ont révélé des nanopores de moins de 10 nm de diamètre et des défauts au niveau atomique dans la structure cristalline du graphène, où plusieurs atomes de carbone manquaient.
Selon l'application, les défauts atomiques du graphène ont des côtés à la fois néfastes et bénéfiques. Si les défauts peuvent parfois dégrader certaines propriétés, ils peuvent également introduire de nouvelles fonctions ou améliorer des propriétés spécifiques.
Uesugi a ajouté : « Nous avons observé une tendance à la densité des nanopores et des défauts à augmenter proportionnellement à l'énergie et au nombre d'irradiations laser et avons conclu que la formation de nanopores et de défauts peut être contrôlée en utilisant une irradiation laser femtoseconde. "En formant des nanopores et des défauts au niveau atomique dans le graphène, il est possible de contrôler non seulement la conductivité, mais également les propriétés au niveau quantique telles que le spin et la vallée. De plus, l'élimination au laser femtoseconde des contaminants trouvés dans cette recherche pourrait conduire au développement d'une nouvelle méthode de nettoyage non destructif du graphène de haute pureté lavé."
Pour l'avenir, l'équipe vise à établir une technique de nettoyage à l'aide de lasers et à mener des études détaillées sur la façon d'effectuer la formation de défauts atomiques. D'autres percées auront un impact significatif sur des domaines allant de la recherche sur les matériaux quantiques au développement de biocapteurs.
