Baru-baru ini, peneliti diUniversitas Tohoku(Jepang) telah menggunakan laser femtosecond untuk berhasil membuat film mikro/nanographene, membuat lubang multipoint tanpa merusak dan menghilangkan kontaminan. Tim tersebut mengatakan bahwa teknik tersebut diharapkan akan menggantikan metode konvensional yang lebih kompleks, yang mengarah pada kemajuan potensial dalam penelitian material kuantum dan pengembangan biosensor.
Graphene ditemukan pada tahun 2004, dan dampaknya yang mengganggu telah memengaruhi berbagai bidang ilmiah. Ini memiliki sifat luar biasa seperti mobilitas elektron yang tinggi, kekuatan mekanik, dan konduktivitas termal. Hingga saat ini, industri telah menginvestasikan waktu dan upaya yang signifikan untuk mengeksplorasi potensi graphene sebagai bahan semikonduktor generasi berikutnya, yang mengarah pada pengembangan transistor berbasis graphene, elektroda transparan, dan sensor.
Namun, kunci untuk membuat perangkat ini tersedia untuk aplikasi praktis adalah teknologi pemrosesan yang efektif, yang juga berarti film graphene dapat dibuat pada skala mikro dan nano. Biasanya, nanolitografi dan metode sinar ion terfokus digunakan untuk pemrosesan bahan skala mikro/nano dan pembuatan perangkat. Namun, kebutuhan peralatan yang besar, waktu fabrikasi yang lama, dan operasi yang rumit menimbulkan tantangan jangka panjang bagi para peneliti laboratorium.
Kembali pada bulan Januari, para peneliti di Universitas Tohoku di Jepang menemukan teknik yang memungkinkan mikro/nanofabrikasi perangkat silikon nitrida tipis dengan ketebalan antara 5 dan 50 nanometer. Metode tersebut menggunakan alaser femtodetikyang memancarkan gelombang cahaya yang sangat singkat dan sangat cepat. Terbukti mampu memproses bahan tipis dengan cepat dan mudah tanpa lingkungan vakum.
Dengan menerapkan metode ini pada lapisan atom graphene ultra-tipis, kelompok penelitian yang sama kini telah berhasil melakukan pengeboran multi-titik tanpa merusak film graphene. Keberhasilan mereka dengan terobosan ini telah dipublikasikan dalam Nano Letters edisi 16 Mei 2023.
Yuuki Uesugi, asisten profesor di Institut Riset Multidisiplin untuk Material Lanjutan di Universitas Tohoku di Jepang dan salah satu penulis makalah ini, mengatakan, "Dengan mengontrol energi input dan jumlah output laser dengan benar, kami dapat melakukan pemrosesan yang tepat dan membuat lubang dengan diameter mulai dari 70 nm hingga lebih dari 1 mm, yang jauh lebih kecil dari panjang gelombang laser 520 nm."
Setelah pemeriksaan lebih dekat pada area yang disinari oleh pulsa laser berenergi rendah melalui mikroskop elektron berkinerja tinggi, Uesugi dan rekannya menemukan bahwa kontaminan juga dihilangkan dari graphene. Pengamatan yang diperbesar lebih lanjut mengungkapkan nanopori berdiameter kurang dari 10 nm dan cacat tingkat atom dalam struktur kristal graphene, di mana beberapa atom karbon telah hilang.
Bergantung pada aplikasinya, cacat atom pada graphene memiliki sisi yang merugikan dan menguntungkan. Sementara cacat kadang-kadang dapat menurunkan sifat tertentu, mereka juga dapat memperkenalkan fungsi baru atau meningkatkan sifat tertentu.
Uesugi menambahkan, "Kami mengamati kecenderungan kepadatan nanopori dan cacat meningkat secara proporsional dengan energi dan jumlah iradiasi laser dan menyimpulkan bahwa - pembentukan nanopori dan cacat dapat dikontrol dengan menggunakan iradiasi laser femtosecond." “Dengan membentuk nanopori dan cacat tingkat atom pada graphene, dimungkinkan untuk mengontrol tidak hanya konduktivitas tetapi juga sifat tingkat kuantum seperti putaran dan lembah. Selain itu, penghilangan kontaminan dengan laser femtosecond yang ditemukan dalam penelitian ini dapat mengarah pada pengembangan metode baru untuk pembersihan non-destruktif dari graphene dengan kemurnian tinggi yang telah dicuci."
Ke depan, tim bertujuan untuk menetapkan teknik pembersihan menggunakan laser dan melakukan studi terperinci tentang cara melakukan pembentukan cacat atom. Terobosan lebih lanjut akan berdampak signifikan pada berbagai bidang mulai dari penelitian material kuantum hingga pengembangan biosensor.
