Koolstof nanomaterialen vertonen buitengewone fysieke eigenschappen, uitstekend tussen alle andere beschikbare stoffen, en grafeen is uitgegroeid tot het meest veelbelovende materiaal voor gloednieuwe elektronische circuits, sensoren en optische communicatieapparatuur. Grafeen is een enkele atoomdikke plaat van honingraatkoolstofrooster, met unieke elektronische en optische eigenschappen, die een nieuw tijdperk van vasten, betrouwbaar, communicatie en informatieverwerking met laag vermogen.

Maar twee problemen belemmeren de opname van grafeen in echte elektronica. Er is geen grootschalige technologie om de eigenschappen ervan te controleren, en de traditionele technologie die wordt gebruikt voor op silicium gebaseerde processors (solid state) is niet geschikt voor grafeenverwerking (moleculair materiaal).

De onderzoekers van Technologisch Centrum AIMEN onderzoeken het gebruik van ultrasnelle lasers als hulpmiddelen voor grafeenverwerking. De laserstraal kan precies worden gefocust om de eigenschappen van grafeenfilms in fijn gedefinieerde gebieden aan te passen om duidelijk gedrag te produceren dat nuttig is voor het produceren van apparaten.

De sleutel is het gebruik van korte, sterk gecontroleerde laserpulsen, die chemische veranderingen in het koolstofrooster veroorzaken. Een enkele laserpuls met een duur van enkele picoseconden is voldoende - de duur van een enkele oscillatie in een polair molecuul, als water. Op deze tijdschaal, onderzoekers hebben aangetoond dat ze grafeenroosters kunnen vormen door te snijden, het toevoegen van externe moleculen of bindende verbindingen (functionele groepen zoals zuurstof of hydroxyl). Omdat de laserspot kan worden gefocusseerd in een gebied van één vierkante micron of minder, direct schrijven van apparaten op grafeen kan met hoge precisie worden bereikt, nano-apparaten produceren met een minimale voetafdruk en maximale efficiëntie.

Zoals onlangs gepubliceerd in AIP Technische Natuurkunde Letters ( Ablatie van grafeen met patronen en functionalisering van twee fotonen door picoseconde laserpulsen in omgevingsomstandigheden ), het werk van AIMEN-onderzoekers toonde lasergebaseerd, grootschalige patronen van grafeen met hoge snelheid en resolutie, nieuwe mogelijkheden openen voor het maken van apparaten. De snelheid van het proces kan hoger zijn dan één m/s voor het tekenen van de kenmerken van micrometerformaat. Met geavanceerde optische scanning konden verwerkingssnelheden van meer dan 10 m/s worden bereikt.

Bovendien, het werk demonstreerde de beheersing van de thermische en chemische processen door de eigenschappen van de laserstraal aan te passen. Voor lage energie-inputs, multifotonabsorptie speelt een grote rol, het induceren van chemische reacties tussen koolstof- en atmosfeermoleculen, wat resulteert in nieuwe optische eigenschappen in grafeen.

Het potentieel van de gewijzigde optische eigenschappen (zoals spectrale transmissie) van gefunctionaliseerd grafeen wordt nieuw erkend, en het volledige industriële potentieel van deze technologie moet worden benut. Dit onderzoek legt een basis voor een dieper begrip van de chemische en fysische processen voor industrieel haalbare grafeenpatronen, evenals tests voor echte apparaattoepassingen voor toekomstige elektronica.