據(jù)發(fā)表于《納米快報(bào)》雜志的最新研究介紹，東北大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了一種可以微/納米制造厚度從5納米到50納米的氮化硅薄膜器件的技術(shù)。通過將該方法應(yīng)用于石墨烯的超薄原子層，可以在不損壞石墨烯膜的情況下進(jìn)行多點(diǎn)鉆孔。

石墨烯是一種由碳單層組成的材料，由獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎的安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在2004年首次制備成功。自被發(fā)現(xiàn)以來，石墨烯徹底改變了各個科學(xué)領(lǐng)域。其極高的強(qiáng)度、導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性等獨(dú)特性質(zhì)，賦予了它巨大的應(yīng)用潛力，比如可以用于電池、電子器件、傳感器、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等。

基于大量時(shí)間和精力的探索，研究人員開發(fā)了基于石墨烯的晶體管、透明電極和傳感器。而為了將這些器件更廣泛地投入實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，科學(xué)家們著力于在微米和納米尺度上構(gòu)建石墨烯膜的高效加工技術(shù)的探索研究。直到今年一月份，東北大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)采用飛秒激光，發(fā)射極短、快速的光脈沖，創(chuàng)造了微/納米制造納米級氮化硅薄膜器件的技術(shù)，它能夠在沒有真空環(huán)境的情況下快速方便地處理薄材料。

“通過適當(dāng)控制輸入能量和激光發(fā)射次數(shù)，我們能夠進(jìn)行精確的加工，并產(chǎn)生直徑從70納米到1毫米以上的孔”。據(jù)東北大學(xué)助理教授Yuuki Uesugi介紹，通過高性能電子顯微鏡對用低能量激光脈沖照射的區(qū)域進(jìn)行更仔細(xì)的檢查，發(fā)現(xiàn)石墨烯上的污染物也被去除了；進(jìn)一步放大觀察則可以顯示，石墨烯上直徑小于10納米的納米孔和原子級缺陷。

關(guān)于石墨烯中的原子級缺陷，Uesugi表示，其利弊不能一概而論，而是要取決于其實(shí)際應(yīng)用。缺陷有時(shí)候會降低某些屬性，但它們也會引入新功能或增強(qiáng)特定特性。通過在石墨烯中形成納米孔和原子級缺陷，不僅可以控制電導(dǎo)率，還可以控制自旋和谷等量子級特性。

“我們觀察到納米孔和缺陷的密度與激光發(fā)射的能量和次數(shù)成比例增加的趨勢。”Uesugi補(bǔ)充道：我們得出結(jié)論是可以通過使用飛秒激光照射來控制納米孔和缺損的形成。而且，飛秒激光去除污染物可以開發(fā)出一種無損清潔清洗高純度石墨烯的新方法。

目前，石墨烯的應(yīng)用仍處于早期階段，但是科學(xué)家們已經(jīng)在多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了突破，相信未來它會成為一個非常重要的材料。而通過對如何進(jìn)行原子缺陷形成的詳細(xì)研究，將對從量子材料研究到生物傳感器開發(fā)等領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。