لیزر فوق سریع امکان دستکاری مواد دوبعدی برای ایجاد دستگاه‌های نسل بعدی را فراهم می‌کند
برخی از مواد دوبعدی مانند گرافن، سیلیسین (که با سیلیکون متفاوت است)، فسفر سیاه و دی‌کالکوژنایدهای فلزی انتقالی (TMDها) از نظر الکتریکی و مکانیکی نسبت به سایر مواد برتر هستند.
این مواد می‌توانند به ظهور آشکارسازهای نوری پرسرعت، حسگرهای پیشرفته، الکترونیک انعطاف‌پذیر و سلول‌های خورشیدی کارآمدتر از آنچه امروزه استفاده می‌کنیم، کمک کنند.
با این حال، در حال حاضر، دانشمندان تکنیک مناسبی برای دستکاری و پردازش این مواد دوبعدی ندارند و این موضوع مانع از بهره‌برداری از پتانسیل آن‌ها می‌شود. با این حال، یافته‌های یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که پردازش لیزر فوق سریع می‌تواند راه‌حلی برای این مشکل باشد.
تیمی از پژوهشگران دانشگاه یوااسکیلا از فنلاند و دانشگاه نویی ساد از صربستان پیشنهاد می‌کنند که پردازش لیزر فوق سریع می‌تواند به ما کمک کند پتانسیل مواد دوبعدی را فعال کنیم.
مزیت پردازش لیزر فوق سریع
در حال حاضر، مواد دوبعدی مانند گرافن و TMD با استفاده از روش‌های نوری موج پایدار (CW) و پالس طولانی دستکاری می‌شوند. این روش‌ها شامل شلیک پرتوهای نوری به سطح مواد دوبعدی برای ایجاد تغییر در خواص فیزیکی و شیمیایی آن‌ها است.
با این حال، هر دو روش موج پایدار و پالس طولانی یک محدودیت بزرگ دارند. وقتی نور به‌صورت پیوسته به ماده‌ای در قالب امواج یا انفجارهای انرژی برخورد می‌کند، حرارت ایجاد می‌کند که اگر به‌درستی مدیریت نشود می‌تواند به ماده آسیب برساند.
اینجاست که پردازش لیزر فوق سریع می‌تواند تفاوت بزرگی ایجاد کند. این تکنیک از پالس‌های لیزری فوق کوتاه برای تغییر مواد با دقت بالا و حداقل آسیب حرارتی استفاده می‌کند.
این تکنیک می‌تواند تغییراتی در مواد در مقیاس نانو ایجاد کند. نویسندگان مطالعه می‌گویند : “با بهره‌گیری از اثر هم‌افزایی بین حالت‌های انرژی در لایه‌های اتمی و تابش لیزر فوق سریع، می‌توان به رزولوشن‌هایی بدون‌سابقه تا چند نانومتر دست یافت.”
“توانایی دستکاری مواد دوبعدی در این مقیاس دقیق، امکانات بی‌شماری را برای توسعه کاربردهای نوین فوتونیکی، الکترونیکی و حسگرها باز می‌کند،” آن‌ها افزودند .
این فناوری هنوز از آزمایشگاه خارج نشده است
در حالی که در مقیاس اتمی کار می‌کند ، پردازش لیزر فوق سریع می‌تواند به‌طور موثر فرآیندهایی مانند لایه‌برداری (تقلیل)، کاهش (افزایش رسانایی الکتریکی با افزودن الکترون‌ها) و دوپینگ (افزودن ناخالصی‌ها برای تغییر خواص یک ماده) را در یک ماده دوبعدی فعال کند.
این فرآیندها برای تغییر خواص فیزیکی و شیمیایی یک ماده دوبعدی ضروری هستند و امکان استفاده از آن‌ها را در توسعه دستگاه‌های الکترونیکی و فوتونیکی نسل بعدی فراهم می‌کنند.
با این حال، پردازش لیزر فوق سریع یک تکنیکی است که هنوز در دست توسعه است. حتی در شرایط آزمایشگاهی، شامل استفاده از تجهیزات گران‌قیمت و چالش‌هایی مربوط به بهینه‌سازی و مقیاس‌پذیری است. نویسندگان مطالعه گفتند: “این فناوری در حال حاضر از یک مفهوم آزمایشگاهی به یک ابزار تولیدی عملی در حال تغییر است.”
امید است که تحقیقات بیشتر روش‌هایی را برای عملی‌تر کردن این روش روشن کند و مزیت‌های ناشناخته دیگر آن را آشکار سازد.
این مطالعه در مجله Advanced Materials منتشر شده است.
