石墨烯於(yu) 2004年被發現，徹底改變了各個(ge) 科學領域。它具有高電子遷移率、機械強度和導熱性等顯著的性能。人們(men) 投入了大量的時間和精力來探索其作為(wei) 下一代半導體(ti) 材料的潛力，從(cong) 而開發出了基於(yu) 石墨烯的晶體(ti) 管、透明電極和傳(chuan) 感器。

但要將這些器件投入實際應用，關(guan) 鍵是要有有效的加工技術，可以在微米和納米尺度上構建石墨烯薄膜。通常，微/納米級材料加工和器件製造采用納米光刻和聚焦離子束方法。然而，由於(yu) 需要大型設備，製造時間長且操作複雜，都給實驗室研究人員帶來了長期的挑戰。

通過激光照射對石墨烯薄膜進行鑽孔的圖示。碳原子的大小被誇大了，與(yu) 實際大小不同。

早在1 月份，日本東(dong) 北大學的研究人員就發明了一種技術，可以微/納米製造厚度範圍為(wei) 5 至 50 納米的氮化矽薄器件。該方法采用飛秒激光，它發射極短、極快的光脈衝(chong) 。事實證明，它能夠在沒有真空環境的情況下快速方便地加工薄材料。

通過將這種方法應用於(yu) 石墨烯的超薄原子層，該研究小組現已成功地在不損壞石墨烯薄膜的情況下進行多點鑽孔。並於(yu) 2023年5月16日將成果發表在Nano Letters雜誌上。

“通過適當控製輸入能量和激光發射次數，我們(men) 能夠執行精確加工並創建直徑從(cong) 70 納米（遠小於(yu) 520 納米的激光波長）到超過 1 毫米的孔，”日本東(dong) 北大學先進材料多學科研究所助理教授，該論文的合著者說。

在通過高性能電子顯微鏡對低能量激光脈衝(chong) 照射的區域進行更仔細的檢查後，Uesugi和他的同事發現石墨烯上的汙染物也被去除了。進一步放大觀察發現直徑小於(yu) 10 納米的納米孔和原子級缺陷，其中石墨烯的晶體(ti) 結構中缺少幾個(ge) 碳原子。石墨烯中的原子缺陷既有害又有利，具體(ti) 取決(jue) 於(yu) 應用。雖然缺陷有時會(hui) 降低某些屬性，但它們(men) 也會(hui) 引入新功能或增強特定特性。

“觀察到納米孔和缺陷的密度隨激光發射的能量和數量成比例增加的趨勢，我們(men) 得出結論，可以通過使用飛秒激光照射來控製納米孔和缺陷的形成，通過在石墨烯中形成納米孔和原子級缺陷，不僅(jin) 可以控製導電性，還可以控製自旋和穀等量子級特征。此外，在這項研究中發現的飛秒激光照射去除汙染物可以開發一種無損清潔清洗高純度石墨烯的新方法。”

該團隊的目標是建立一種使用激光的清潔技術，並對如何進行原子缺陷形成進行詳細研究。進一步的突破將對從(cong) 量子材料研究到生物傳(chuan) 感器開發等領域產(chan) 生重大影響。

文章來源：miragenews

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