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

13.11.2024Ledejä maskittomaan fotolitografian ja eloisiin näyttöihin
12.11.2024Ehdotus suprajohtavuustutkimuksen edistämiseksi
11.11.2024Fotoneille vauhtia piissä luistelutyylillä
09.11.2024Perovskiittisten aurinkokennojen uudet liitokset
09.11.2024Näin toimii koneoppiminen
08.11.2024Grafeenin ja hiilinanoputkien käyttöä laventaen
07.11.2024Nanomittakaavan transistoreita
06.11.2024Sähköautojen pikalataus kotitalouspistorasioista
05.11.2024Langaton lataus tekstiileihin ja sisäilmasta sähköä ja happea
05.11.2024Sisäistä laskentaa optisessa muistissa
04.11.2024Ennätysmäisiä anturitekniikoita
02.11.2024Kohti ympäristökestävämpiä akkuratkaisuja
01.11.2024XOR valolla ja yksittäisen transistorin neuronissa
31.10.2024Nesteen kaltaiset elektronit avaavat uusia teknisiä mahdollisuuksia
30.10.2024Uusi lämmönsiirtomateriaali voi viilentää energiasyöppöjä datakeskuksia
29.10.2024Kirigamista mallia langattomien antenneille
28.10.2024Orbitroniikka: uusi energiatehokas tekniikka
26.10.2024Maataloustuotanto sähköistyy ja siirtyy tehdashalleihin
25.10.2024Ennätyksiä rikkovia laserpulsseja
24.10.2024Magneettiset oktupolit voittavat antiferromagneettisia ongelmia
23.10.2024Valo voisi ajaa jäähdytyssykliä ferrosähköisissä materiaaleissa
22.10.2024Roboteille toimintakykyä ilman elektroniikkaa
21.10.2024Järjestyneet viat parantavat liuospinnoitettuja puolijohteita
19.10.2024Veden uuttamista avaruudessa tai autiomaassa
18.10.2024Elokuva valoherätteisistä varauksista
17.10.2024Syötäviä ja silmätransistoreita
16.10.2024Näkyvän valon viestinnän salausteknologia
15.10.2024Pehmeitä ferrosähköistä ja puolijohteisia muoveja
14.10.2024Kvanttitietotekniikan maali on jo tähtäimessä
14.10.2024Ydinreaktori sulan uraanisuolan avulla
11.10.2024Kierteistä twistroniikkaa
10.10.2024Nobelin fysiikan palkinto 2024 koneoppimisesta
09.10.2024Itsetuntevia materiaaleja tuleville laitesukupolville
08.10.2024Optista tiedonkäsittelyä kamerassa ja yhden pikselin anturissa
07.10.2024Magnoniset toistimet edistävät energiatehokasta tietojenkäsittelyä
05.10.2024Lomittuminen voisi auttaa PET-kuvausta
04.10.2024Kvantti-interferenssillä kohti topologia kvanttitietokoneita
03.10.2024Kaksiulotteista silkkiä grafeenilla
02.10.2024Tehokkaampia ja edullisempia pieniä sähkökäyttöjä
01.10.2024Aksonia jäljittelevät materiaalit tietojenkäsittelyyn
30.09.2024Sähköisesti moduloitu valoantenni
28.09.2024Molekyylisimulaatioita ja nanoselluloosakuituja
27.09.2024Lämpösähköä huonelämmöstä ja iholta
26.09.2024Akkujen itsepurkautumisesta ja uusista ratkaisuista
25.09.2024Nanorakenteet mahdollistavat valoaaltoelektroniikan
25.09.2024Grafeeni johtaa ja sulkee
23.09.2024Uusi paradigma valon ja materiaalien vuorovaikutuksessa
20.09.2024Memristorin mysteeri ratkeaa
19.09.2024Tietoliikenteen tulevaisuus on atomisen ohut
18.09.2024Uudet pienet laserit täyttävät vihreän aukon
17.09.2024Hallittua vuorovaikutusta atomin ytimessä
16.09.2024Kuumia kantajia ja 2D-eristeitä transistoreille
13.09.2024Rakenneakku ohentaa ja keventää laitteita
12.09.2024Uusi vapausaste terahertsiviestinnälle
12.09.2024Matkalla optisiin logiikkaportteihin
10.09.2024Muuntaa mikroaaltofotonien virta sähkövirraksi
09.09.2024Kohti koodia murtavaa kvanttitietokonetta
07.09.2024Miljoonien tutkimuspanos magnoniikan kehittämiseen
06.09.2024Fotonien uudet muodot optisille teknologioille
05.09.2024Kvanttimikroprosessori simuloi kvanttikemiaa
04.09.2024Kuumien kantajien lupaus plasmonisissa nanorakenteissa
03.09.2024Sähkökentät katalysoivat grafeenin energia- ja laskentanäkymiä
02.09.2024Uusi materiaali optisesti ohjatulle magneettiselle muistille
30.08.2024Kierre parantaa kiinteää elektrolyyttiä
29.08.2024Antureita atomien ja nanomittojen maailmaan
28.08.2024Tehon keruuta RF-signaaleista spin-tekniikalla
27.08.2024Elektronit ja aukot kulkevat kiteessä eri suuntiin ilman resistanssia
26.08.2024"Kaksi yhteen" fissio parantaisi aurinkokennojen tehokkuutta
25.08.2024Sähköinen reaktori vähentäisi teollisuuden päästöjä
23.08.2024DNA laskee ja tallentaa
22.08.2024Mallinnusta ja johteita molekyylielektroniikkaan
21.08.2024Suprajohdetutkijat löysivät epätavallisia elektronipareja
20.08.2024Metapinta luo ja ohjaa useita optisia kanavia eri suuntiin
19.08.2024Uusia menetelmiä turvalliseen kvanttitiedonsiirtoon
17.08.2024Pinnoitemateriaaleilla uutta puhtia aurinkoenergiaan
16.08.2024Vesi avuksi mikrosirujen ja nanorakenteiden valmistukseen
15.08.2024Liukuma transistorin perustaksi
14.08.2024Natriumakku ilman anodia
13.08.2024Harvinaisista maametalleista datamuisteja
12.08.2024Kahden kubitin portti piitransistoriin
09.08.2024Lämpösähkön keruuta pii- ja kvanttisiruilta
08.08.2024Tutkijat saavat atomit toimimaan fotonitransistoreina
07.08.2024Ainutlaatuinen ilmiö Kagome-metallissa
06.08.2024Kvanttilaskennan aikakauteen sopivat optiset kuidut
05.08.2024Hiilinanoputket yllättävät
02.08.2024Seuraava alusta aivojen inspiroimalle tietojenkäsittelylle
02.08.2024Ionit pienenergiaa tuottamaan
01.08.2024Ferromagneeteilla erittäin nopeaa viestintä- ja laskentatekniikkaa
31.07.2024Lisää kerroksia kierteisiin grafeenikerroksiin
30.07.2024Kvanttipistepohjainen metapinta
29.07.2024Kvanttirajaus parantaa lämpösähköilmiötä
26.07.2024Sirkkakatkaravut mallina konenäölle
22.07.2024Kivestä tulevaisuuden kiintoaineakun perusta?
21.07.2024Askeleen lähempänä topologista kvanttilaskentaa
19.07.2024Miksi robotit eivät voita eläimiä?
15.07.2024Voiko energiahäviö olla nolla 1,58-mitoissa?
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

Näytä lisää »