Uusia menetelmiä 2D-materiaalien muokkaukseen

12.06.2024

Jyvaskyla-Biosense-2D-rakenteiden-lasertyosto-300-t.jpgLaserpohjaista tekniikkaa käytetään laajasti grafeeniin ja muihin 2D-materiaaleihin perustuvien laitteiden kehittämiseen.

Kuitenkin, kun laserpulssit ovat niin lyhyitä kuin femtosekunti, laser-aineen vuorovaikutuksessa voi syntyä aivan uusia ilmiöitä, jotka tasoittavat tietä 2D-materiaalien uusille toiminnallisuuksille.

Advanced Materialsissa julkaistussa katsauksessa Jyväskylän yliopiston professori Mika Petterssonin ja Biosense-instituutin tohtori Ivan Bobrinetskiyn johtamat tutkijat korostavat ultranopeaa laserkäsittelyä 2D-materiaaleille tehokkaana tekniikkana 2D-materiaalipohjaisten laitteiden valmistukseen.

Kun ultranopea laserpulssi (femtosekunti tai pikosekunti) säteilyttää 2D-materiaaleja, prosessi alkaa vuorovaikutuksella elektronisen rakenteen tasolla. Tämä suora vuorovaikutus varausten kanssa voi laukaista useita fotokemiallisia ja fotoakustisia reaktioita atomihilaa kuumentamatta. Siten ablaation sijaan ultranopea pulssi voi johtaa 2D-materiaalien kemiallisiin ja rakenteellisiin muutoksiin.

Tutkijoiden mukaan tämä menetelmä ei vain paranna 2DM-ominaisuuksia, vaan se sisältää myös ympäristön kannalta kestäviä käytäntöjä minimoimalla lämpövaurioita ja vähentämällä kemiallista jätettä.

Ultranopeilla lasereilla saavutettu 2DM:n perusominaisuuksien korkea tila- ja aikaresoluutioinen hallinta vihjaa suuria lupauksia nanomateriaalien 3D-käsittelyssä ja modifioinnissa, mikä haastaa perinteiset mikrovalmistusmenetelmät.

Oak Ridge National Laboratoryn tutkijoiden johtama tutkimus on puolestaan osoittanut, että pienet muutokset ohuiden puolijohdemateriaalien isotooppipitoisuudessa voivat vaikuttaa niiden optisiin ja elektronisiin ominaisuuksiin, mikä mahdollisesti avaa tien uusille ja edistyneille puolijohdemalleille.

"Työmme oli ennennäkemätön siinä mielessä, että syntetisoimme 2D-materiaalin kahdella saman alkuaineen, mutta eri massan isotoopilla, ja liitimme isotoopit sivusuunnassa hallitusti ja asteittain yhdeksi yksikerroksiseksi kiteeksi", ORNL-tutkija Kai Xiao selvittää. "Tämän ansiosta pystyimme havaitsemaan luontaisen poikkeavan isotoopin vaikutuksen 2D-materiaalin optisiin ominaisuuksiin ilman epähomogeenisen näytteen aiheuttamia häiriöitä."

Tutkimus osoitti, että jopa pieni isotooppimassan muutos atomiohuissa 2D-puolijohdemateriaaleissa voi vaikuttaa optisiin ja elektronisiin ominaisuuksiin – tämä havainto on tärkeä perusta aiheen tuleville tutkimuksille.

"Aiemmin uskottiin, että aurinkosähköjen ja valoilmaisimien kaltaisten laitteiden valmistamiseksi meidän täytyi yhdistää kaksi erilaista puolijohdemateriaalia ja tehdä liitoksia eksitonien vangitsemiseksi ja niiden varausten erottamiseksi. Mutta itse asiassa voimme käyttää samaa materiaalia ja vain muuttaa sen isotooppeja luodaksemme isotooppiliitoksia eksitonien vangitsemiseksi", Xiao sanoo tutkimuslaitoksensa tiedotteessa.

"Tämä tutkimus kertoo meille myös, että isotooppitekniikan avulla voimme virittää optisia ja elektronisia ominaisuuksia uusien sovellusten suunnitteluun."

Aiheesta aiemmin:

Valon ja aineen vuorovaikutuksia kaksiulotteisissa

Femtosekunnin laseri lasista

Tehokkaita lämpöjohteita nanoelektroniikalle

Enemmän sähköä auringonvalosta

12.07.2024Hyönteisistä inspiroidut liiketunnistin ja logiikka
08.07.2024Kvanttiannealaari parantaa ymmärrystä kvanttimonikehojärjestelmistä
05.07.2024Hyönteisten lennon salaperäinen mekaniikka
01.07.2024Eksitonit mahdollistavat erittäin ohuen linssin
28.06.2024Luontoa tarkkaillen
27.06.2024Uusi fysikaalinen ilmiö kahden erilaisen materiaalin rajapinnassa
20.06.2024Perovskiiteistä 1D-nanolankoja ja topologisia polaroneita
19.06.2024Täysin optinen fotonisiru tunnistaa ja käsittelee
19.06.2024Uusia toiveita sinkki-ilma akuille
17.06.2024Elektroneille viisikaistainen supervaltatie

Siirry arkistoon »