В Японии изобрели «дырокол» и очиститель для графена
Исследователи из Университета Тохоку, Япония, использовали фемтосекундный лазер, то есть работающий со сверхкороткими импульсами, для успешной нанообработки графеновых плёнок. Удалось «просверлить» аккуратные отверстия и при этом удалить загрязняющие вещества.
Открытый в 2004 году графен произвёл революцию в различных областях науки. Эта двумерная модификация углерода обладает замечательными свойствами: высокая подвижность электронов, механическая прочность и отличная теплопроводность. На изучение его возможностей в качестве полупроводникового материала следующего поколения учёные мира затратили много времени и усилий. Результатами стали транзисторы на основе графена, прозрачные электроды и датчики.
Но для практического применения перечисленных устройств крайне важно иметь эффективные технологии обработки. Необходимо структурировать графеновые плёнки в микрометровом и нанометровом масштабе. Как правило, для обработки материалов микро- и наноразмера и изготовления на их основе устройств используют методы нанолитографии и сфокусированного ионного пучка. Однако они требуют громоздкого оборудования, длительного времени изготовления и сложности операций.
Ещё в январе 2023-го исследователи из Университета Тохоку создали технологию, которая позволяет создавать устройства из нитрида кремния толщиной от 5 до 50 нанометров. Они применили фемтосекундный лазер, который излучал чрезвычайно короткие импульсы света. Оказалось, что он способен быстро и эффективно обрабатывать тонкие материалы без вакуумной среды.
Применив этот метод к ультратонкому, атомарному, слою графена, коллектив японских исследователей в итоге преуспел в многоточечном сверлении отверстий без повреждения плёнки. Подробности важного открытия опубликовали в журнале Nano Letters в минувшем мае.
— Юки Уэсуги, доцент Института междисциплинарных исследований передовых материалов Университета Тохоку и соавтор статьи.
Некоторые области графена облучали низкоэнергетическими лазерными импульсами, не проделывая отверстий. При более тщательном изучении обработанных участков с помощью электронного микроскопа Уэсуги и его коллеги обнаружили, что удалили с графена загрязняющие вещества. Дальнейшее наблюдение через микроскоп выявило нанопоры диаметром менее 10 нанометров и дефекты атомарного масштаба, то есть в кристаллических структурах графена отсутствовало несколько атомов углерода.
Атомарные дефекты в графене бывают как вредными, так и полезными, в зависимости от области применения. Хотя дефекты иногда ухудшают определённые свойства, но то они и дефекты, однако изъяны также вносят новые функциональные возможности или улучшают конкретные характеристики.

В ходе опытов заметили тенденцию: плотность нанопор и дефектов увеличивались пропорционально энергии и количеству лазерных выстрелов. Это привело экспериментаторов к выводу, что образованием нанопор и дефектов можно управлять с помощью фемтосекундного лазерного излучения. Формируя в графене нанопоры и дефекты атомарного уровня, можно контролировать не только электропроводность, но и характеристики квантового уровня, такие как вращение и впадина. Более того, удаление загрязнений с помощью фемтосекундного лазерного излучения, обнаруженное в ходе исследования, может привести к разработке нового метода бережной «промывки» графена до высокой чистоты.
Заглядывая в будущее, коллектив учёных стремится усовершенствовать метод очистки с использованием лазера и подробно изучить то, как происходит образование атомных дефектов. Вероятно, дальнейшие успехи окажут большое влияние на исследования квантовых материалов, разработку биосенсоров и так далее.
Открытый в 2004 году графен произвёл революцию в различных областях науки. Эта двумерная модификация углерода обладает замечательными свойствами: высокая подвижность электронов, механическая прочность и отличная теплопроводность. На изучение его возможностей в качестве полупроводникового материала следующего поколения учёные мира затратили много времени и усилий. Результатами стали транзисторы на основе графена, прозрачные электроды и датчики.
Но для практического применения перечисленных устройств крайне важно иметь эффективные технологии обработки. Необходимо структурировать графеновые плёнки в микрометровом и нанометровом масштабе. Как правило, для обработки материалов микро- и наноразмера и изготовления на их основе устройств используют методы нанолитографии и сфокусированного ионного пучка. Однако они требуют громоздкого оборудования, длительного времени изготовления и сложности операций.
Ещё в январе 2023-го исследователи из Университета Тохоку создали технологию, которая позволяет создавать устройства из нитрида кремния толщиной от 5 до 50 нанометров. Они применили фемтосекундный лазер, который излучал чрезвычайно короткие импульсы света. Оказалось, что он способен быстро и эффективно обрабатывать тонкие материалы без вакуумной среды.
Применив этот метод к ультратонкому, атомарному, слою графена, коллектив японских исследователей в итоге преуспел в многоточечном сверлении отверстий без повреждения плёнки. Подробности важного открытия опубликовали в журнале Nano Letters в минувшем мае.
При надлежащем контроле за источником энергии и количеством лазерных выстрелов мы смогли выполнить точную обработку и создать отверстия диаметром от 70 нанометров до более чем 1 миллиметра. А длина волны лазера была 520 нанометров
— Юки Уэсуги, доцент Института междисциплинарных исследований передовых материалов Университета Тохоку и соавтор статьи.
Некоторые области графена облучали низкоэнергетическими лазерными импульсами, не проделывая отверстий. При более тщательном изучении обработанных участков с помощью электронного микроскопа Уэсуги и его коллеги обнаружили, что удалили с графена загрязняющие вещества. Дальнейшее наблюдение через микроскоп выявило нанопоры диаметром менее 10 нанометров и дефекты атомарного масштаба, то есть в кристаллических структурах графена отсутствовало несколько атомов углерода.
Атомарные дефекты в графене бывают как вредными, так и полезными, в зависимости от области применения. Хотя дефекты иногда ухудшают определённые свойства, но то они и дефекты, однако изъяны также вносят новые функциональные возможности или улучшают конкретные характеристики.

В ходе опытов заметили тенденцию: плотность нанопор и дефектов увеличивались пропорционально энергии и количеству лазерных выстрелов. Это привело экспериментаторов к выводу, что образованием нанопор и дефектов можно управлять с помощью фемтосекундного лазерного излучения. Формируя в графене нанопоры и дефекты атомарного уровня, можно контролировать не только электропроводность, но и характеристики квантового уровня, такие как вращение и впадина. Более того, удаление загрязнений с помощью фемтосекундного лазерного излучения, обнаруженное в ходе исследования, может привести к разработке нового метода бережной «промывки» графена до высокой чистоты.
Заглядывая в будущее, коллектив учёных стремится усовершенствовать метод очистки с использованием лазера и подробно изучить то, как происходит образование атомных дефектов. Вероятно, дальнейшие успехи окажут большое влияние на исследования квантовых материалов, разработку биосенсоров и так далее.
- Дмитрий Ладыгин
- scitechdaily.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Что-то странное живет в старом топливе, вытекшем из затонувших кораблей во Вторую мировую войну
По словам ученых, в нефтепродуктах на дне моря «не протолкнуться»: 42 типа, 107 классов, 249 отрядов, 432 семейства, 1 047 родов микроорганизмов...
«Космос-2612» против спутника-шпиона: Россия показала, что не будет мириться с американской разведкой на орбите
Почему западные эксперты считают, что противостояние на орбите выходит на более новую и крайне опасную стадию...
В 2025 году в Беринговом море неожиданно появилось огромное количество крабов
Теперь ученые наконец-то нашли разгадку природной аномалии...
Летние каникулы длиной… в два с половиной года: как 777 российских детей вернулись домой через Сибирь, Америку и Европу
По этой удивительной истории запросто можно снять отличный сериал. Даже несколько сезонов...
Каспийское море снова изменилось: какие острова нанесут на новые карты
Почему географы очень строги к таким объектам и какие требования предъявляют к ним...
Вот почему самый загадочный в мире 600-летний текст до сих пор не расшифрован
Рукопись Войнича могли переплести не по порядку, и этот факт дает ответы на многие вопросы...
Ковчег русских детей: как 777 российских детей вернулись домой через Сибирь, Америку и Европу (продолжение)
Никто и не ожидал, что летние каникулы вдруг затянутся на два с половиной года...
1319 подтвержденных случаев реинкарнации: исследование американских ученых выявило поразительные закономерности
Исследователи не знают, как объяснить механизм перерождения, но игнорировать статистику тоже не могут...
Похоже, между кошками и их хозяевами существует загадочная гормональная связь
Этот эксперимент напрашивался уже давно, но после вопросов стало еще больше...
Парадокс Ванильного острова: почему на Мадагаскаре все рано или поздно заканчивается революцией
Что такое «красные зоны»? Как с ними связаны горбатые быки? И, вообще, какую роль в этой истории сыграла японское аниме?...
Муравьи Дракулы охотятся с первого дня жизни: их мозг может объяснить такую «кровожадность»
По словам ученых, когда-то такими были все муравьи, но что-то заставило их поменять свое поведение...
Загадочный звездный узор на знаменитой картине Ван Гога поставил точку в споре столетней давности
Выяснилось, что целая толпа литературоведов сильно ошибалась в биографии великого художника...
Новая окаменелость подтверждает: предок человека появился на 200 000 лет раньше, чем считали ученые
Антропологи говорят, что доминировал тогда совсем другой вид, а в итоге выжил именно наш далекий пращур...