हाल ही में, शोधकर्ताओं मेंतोहोकू विश्वविद्यालय(जापान) ने माइक्रो/नैनोग्राफीन फिल्मों को सफलतापूर्वक बनाने के लिए फेमटोसेकंड लेजर का उपयोग किया है, बिना क्षति के मल्टीपॉइंट छेद बनाने और दूषित पदार्थों को हटाने के लिए। टीम का कहना है कि तकनीक परंपरागत, अधिक जटिल तरीकों को बदलने की उम्मीद करेगी, जिससे क्वांटम सामग्री अनुसंधान और बायोसेंसर विकास में संभावित प्रगति हो सकती है।
ग्राफीन की खोज 2004 में की गई थी, और इसके विघटनकारी प्रभाव ने तब से विभिन्न वैज्ञानिक क्षेत्रों को प्रभावित किया है। इसमें उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता, यांत्रिक शक्ति और तापीय चालकता जैसे उल्लेखनीय गुण हैं। आज तक, उद्योग ने अगली पीढ़ी के सेमीकंडक्टर सामग्री के रूप में ग्राफीन की क्षमता का पता लगाने के लिए महत्वपूर्ण समय और प्रयास का निवेश किया है, जिससे ग्राफीन-आधारित ट्रांजिस्टर, पारदर्शी इलेक्ट्रोड और सेंसर का विकास हुआ है।
हालांकि, इन उपकरणों को व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए उपलब्ध कराने की कुंजी प्रभावी प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी है, जिसका अर्थ यह भी है कि सूक्ष्म और नैनो-पैमाने पर ग्राफीन फिल्मों का निर्माण किया जा सकता है। आमतौर पर, सूक्ष्म/नैनोस्केल सामग्री प्रसंस्करण और उपकरण निर्माण के लिए नैनोलिथोग्राफी और केंद्रित आयन बीम विधियों का उपयोग किया जाता है। हालांकि, बड़े उपकरणों की आवश्यकता, लंबे निर्माण समय और जटिल संचालन प्रयोगशाला शोधकर्ताओं के लिए दीर्घकालिक चुनौतियां पेश करते हैं।
जनवरी में वापस, जापान में तोहोकू विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक ऐसी तकनीक का आविष्कार किया जो 5 से 50 नैनोमीटर के बीच मोटाई वाले पतले सिलिकॉन नाइट्राइड उपकरणों के सूक्ष्म/नैनोफैब्रिकेशन की अनुमति देता है। विधि ए का उपयोग करती हैफेमटोसेकंड लेजरजो प्रकाश के बहुत कम, बहुत तेज स्पंदों का उत्सर्जन करता है। यह निर्वात वातावरण के बिना पतली सामग्री को जल्दी और आसानी से संसाधित करने में सक्षम साबित हुआ है।
इस पद्धति को ग्राफीन की अति पतली परमाणु परतों पर लागू करके, उसी शोध समूह ने अब ग्राफीन फिल्म को नुकसान पहुँचाए बिना बहु-बिंदु ड्रिलिंग का सफलतापूर्वक प्रदर्शन किया है। इस सफलता के साथ उनकी सफलता को नैनो लेटर्स के 16 मई, 2023 के अंक में प्रकाशित किया गया है।
जापान में तोहोकू विश्वविद्यालय में मल्टीडिसिप्लिनरी रिसर्च इंस्टीट्यूट फॉर एडवांस्ड मैटेरियल्स के सहायक प्रोफेसर और पेपर के सह-लेखक युकी उसुगी ने कहा, "इनपुट ऊर्जा और लेजर आउटपुट की संख्या को ठीक से नियंत्रित करके, हम सटीक प्रसंस्करण करने में सक्षम थे और 70 एनएम से लेकर 1 मिमी से अधिक व्यास वाले छेद बनाएं, जो 520 एनएम लेजर तरंग दैर्ध्य से बहुत छोटा है।"
एक उच्च-प्रदर्शन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के माध्यम से कम-ऊर्जा लेजर पल्स द्वारा विकिरणित क्षेत्र की एक करीबी परीक्षा के बाद, उसुगी और उनके सहयोगियों ने पाया कि प्रदूषकों को ग्राफीन से भी हटा दिया गया था। आगे बढ़े हुए प्रेक्षणों से पता चला कि ग्रेफीन की क्रिस्टल संरचना में व्यास में 10 एनएम से कम के नैनोपोर्स और परमाणु-स्तर के दोष हैं, जहां कई कार्बन परमाणु गायब थे।
अनुप्रयोग के आधार पर, ग्राफीन में परमाणु दोषों के हानिकारक और लाभकारी दोनों पक्ष हैं। जबकि दोष कभी-कभी कुछ गुणों को कम कर सकते हैं, वे नए कार्यों को भी पेश कर सकते हैं या विशिष्ट गुणों को बढ़ा सकते हैं।
उसुगी ने कहा, "हमने नैनोपोर्स और दोषों के घनत्व की ऊर्जा और लेजर विकिरण की संख्या के साथ आनुपातिक रूप से बढ़ने की प्रवृत्ति देखी और निष्कर्ष निकाला कि - नैनोपोर्स और दोषों के गठन को फेमटोसेकंड लेजर विकिरण का उपयोग करके नियंत्रित किया जा सकता है।" "ग्राफीन में नैनोपोर्स और परमाणु-स्तर के दोष बनाकर, न केवल चालकता बल्कि स्पिन और घाटी जैसे क्वांटम-स्तर के गुणों को भी नियंत्रित करना संभव है। इसके अलावा, इस शोध में पाए गए दूषित पदार्थों के फेमटोसेकंड लेजर हटाने से विकास हो सकता है। धुले हुए उच्च शुद्धता वाले ग्राफीन की गैर-विनाशकारी सफाई के लिए एक नई विधि।"
आगे देखते हुए, टीम का लक्ष्य लेज़रों का उपयोग करके एक सफाई तकनीक स्थापित करना और परमाणु दोष निर्माण कैसे करें, इस पर विस्तृत अध्ययन करना है। आगे की सफलताओं का क्वांटम सामग्री अनुसंधान से लेकर बायोसेंसर विकास तक के क्षेत्रों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ेगा।
