Onderzoekers uit Finland en Taiwan hebben ontdekt hoe grafeen, een enkel-atoom-dunne laag koolstof, kunnen worden gesmeed tot driedimensionale objecten met behulp van laserlicht. Een treffende illustratie werd gegeven toen de onderzoekers een piramide fabriceerden met een hoogte van 60 nm, die ongeveer 200 keer groter is dan de dikte van een grafeenplaat. De piramide was zo klein dat hij gemakkelijk op een enkele haarlok zou passen. Het onderzoek werd ondersteund door de Academie van Finland en het Ministerie van Wetenschap en Technologie van de Republiek China.

Grafeen is nauw verwant aan grafiet, die uit miljoenen lagen grafeen bestaat en te vinden is in gewone potloodpunten. Nadat grafeen in 2004 voor het eerst werd geïsoleerd, onderzoekers hebben geleerd om het routinematig te produceren en te hanteren. Grafeen kan worden gebruikt om elektronische en opto-elektronische apparaten te maken, zoals transistoren, fotodetectoren en sensoren. In de toekomst, we zullen waarschijnlijk steeds meer producten zien die grafeen bevatten.

"We noemen deze techniek optisch smeden, omdat het proces lijkt op het smeden van metalen in 3D-vormen met een hamer. In ons geval, een laserstraal is de hamer die grafeen smeedt tot 3D-vormen, " legt professor Mika Pettersson uit, die het experimentele team leidde in het Nanoscience Center van de Universiteit van Jyväskylä, Finland. "Het mooie van de techniek is dat het snel en gemakkelijk te gebruiken is; er zijn geen extra chemicaliën of bewerkingen voor nodig. Ondanks de eenvoud van de techniek, we waren aanvankelijk zeer verrast toen we zagen dat de laserstraal zulke substantiële veranderingen op grafeen veroorzaakte. Het duurde even voordat ik begreep wat er aan de hand was."

"Aanvankelijk, we waren stomverbaasd. De experimentele gegevens sloegen gewoon nergens op, " zegt dr. Pekka Koskinen, die verantwoordelijk was voor de theorie. "Maar geleidelijk aan door een nauw samenspel tussen experimenten en computersimulaties, de realiteit van 3D-vormen en hun vormingsmechanisme begon duidelijk te worden."

"Toen we het bestraalde grafeen voor het eerst onderzochten, we verwachtten sporen te vinden van chemische soorten die in het grafeen waren verwerkt, maar we konden er geen vinden. Na wat meer zorgvuldige inspecties, kwamen we tot de conclusie dat het puur structurele gebreken moesten zijn, in plaats van chemische doping, die verantwoordelijk zijn voor zulke dramatische veranderingen op grafeen, " legt universitair hoofddocent Wei Yen Woon uit Taiwan uit, die de experimentele groep leidde die röntgenfoto-elektronspectroscopie uitvoerde in de synchrotron-faciliteit.

Het nieuwe 3D-grafeen is stabiel en heeft elektronische en optische eigenschappen die verschillen van normaal 2D-grafeen. Optisch gesmeed grafeen kan helpen bij het fabriceren van 3D-architecturen voor op grafeen gebaseerde apparaten.