빛

작성자: Tohoku University2023년 6월 3일

레이저 조사로 구멍을 뚫은 그래핀 필름의 그림입니다. 탄소 원자의 크기는 과장되어 실제 크기와 다릅니다. 크레딧: 우에스기 유우키 외.

Researchers at Tohoku University used a femtosecond laser to successfully micro/nanofabricate grapheneGraphene is an allotrope of carbon in the form of a single layer of atoms in a two-dimensional hexagonal lattice in which one atom forms each vertex. It is the basic structural element of other allotropes of carbon, including graphite, charcoal, carbon nanotubes, and fullerenes. In proportion to its thickness, it is about 100 times stronger than the strongest steel." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> 그래핀 필름은 손상 없이 다점 구멍을 만들고 오염 물질을 제거합니다. 이 기술은 기존의 보다 복잡한 방법을 대체하여 양자 재료 연구 및 바이오센서 개발에 잠재적인 발전을 제공할 수 있습니다.

2004년에 발견된 그래핀은 다양한 과학 분야에 혁명을 일으켰습니다. 이는 높은 전자 이동도, 기계적 강도 및 열 전도성과 같은 놀라운 특성을 가지고 있습니다. 차세대 반도체 소재로서의 가능성을 탐구하기 위해 많은 시간과 노력을 투자해 왔으며, 그래핀 기반 트랜지스터, 투명 전극, 센서 개발로 이어졌습니다.

But to render these devices into practical application, it's crucial to have efficient processing techniques that can structure graphene films at micrometer and nanometer scale. Typically, micro/nanoscaleThe nanoscale refers to a length scale that is extremely small, typically on the order of nanometers (nm), which is one billionth of a meter. At this scale, materials and systems exhibit unique properties and behaviors that are different from those observed at larger length scales. The prefix "nano-" is derived from the Greek word "nanos," which means "dwarf" or "very small." Nanoscale phenomena are relevant to many fields, including materials science, chemistry, biology, and physics." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> 나노 규모의 재료 가공 및 장치 제조에는 나노리소그래피 및 집속 이온빔 방법이 사용됩니다. 그러나 이는 대규모 장비의 필요성, 긴 제조 시간 및 복잡한 작업으로 인해 실험실 연구자에게 오랜 과제를 안겨왔습니다.

지난 1월, 도호쿠 대학 연구진은 5~50나노미터 두께의 질화규소 얇은 장치를 마이크로/나노 제작할 수 있는 기술을 개발했습니다. 이 방법은 매우 짧고 빠른 빛 펄스를 방출하는 펨토초 레이저를 사용했습니다. 진공환경 없이 얇은 소재를 빠르고 편리하게 가공할 수 있는 것으로 나타났다.

(a) 레이저 가공 시스템의 개략도. (b) 그래핀 필름에 32개의 레이저 스폿이 형성됩니다. (c) 다점 구멍 뚫린 그래핀 필름의 이미지. 크레딧: 우에스기 유우키 외.

이 방법을 그래핀의 초박형 원자층에 적용해 그래핀 필름을 손상시키지 않고 다점 홀 드릴링을 수행하는 데 성공했습니다. 이들의 돌파구에 대한 자세한 내용은 2023년 5월 16일 Nano Letters 저널에 보고되었습니다.

"입력 에너지와 레이저 샷 수를 적절하게 제어함으로써 우리는 정밀한 가공을 실행할 수 있었고 레이저 파장인 520나노미터보다 훨씬 작은 70나노미터에서 1밀리미터 이상에 이르는 직경의 구멍을 만들 수 있었습니다."라고 우에스기 유우키 씨는 말합니다. , 도호쿠 대학 첨단 재료 종합 연구 연구소의 조교수이자 논문의 공동 저자입니다.

주사 투과 전자 현미경으로 관찰한 레이저 가공 그래핀 필름의 이미지. 검은색 영역은 관통 구멍을 나타냅니다. 흰색 물체는 표면 오염 물질을 나타냅니다. 크레딧: 우에스기 유우키 외.