Zwei

10. Februar 2023

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von Ultrafast Science

Der Nobelpreis für Chemie 2014 wurde für die Entwicklung der superaufgelösten Fluoreszenzmikroskopie verliehen. Inspiriert durch diese Arbeit haben Wissenschaftler am Institute of Photonic Chips (IPC) der University of Shanghai for Science and Technology (USST) einen innovativen Laser-Scribing-Weg zur Herstellung ultrafeiner Graphenmuster entwickelt.

Diese Entdeckung durchbricht die Beugungsgrenze für die kohlenstoffbasierte optische Lithographie in Richtung einer Nanowelt. Kürzlich wurde ihre Arbeit mit dem Titel „Two-beam ultrafast laser scribing of graphene patterns with 90 nm sub-diffraction feature size“ in der Zeitschrift Ultrafast Science veröffentlicht. Die Autoren sind Prof. Xi Chen und Prof. Min Gu.

Gemusterte Strukturen aus lasergeschnittenem Graphen (LSG) können die Leistung von Geräten erheblich verbessern. Beim herkömmlichen Herstellungsverfahren treibt ein Einzelstrahl-Laserritzverfahren die Photoreduktion von Graphenoxid (GO) an, um LSG-Muster zu bilden. Aufgrund der Beugungsgrenzbarriere waren die Linienbreiten der hergestellten LSG-Muster mikroskaliert, was eine große Herausforderung darstellt, Merkmale von LSG-Mustern jenseits der Beugungsgrenzbarriere zu erreichen.

Kürzlich wurde auf der Grundlage superaufgelöster Fluoreszenzmikroskopie über eine Zweistrahl-Laserritztechnologie berichtet. Ein ringförmiger Strahl hemmt die durch den Schreibstrahl ausgelöste Photoreaktion, sodass Harzmuster mit Linienbreiten jenseits der Beugungsgrenzen erzeugt werden können.

„Unser Ziel ist es, ultrafeine Graphenmuster über den Zweistrahlweg herzustellen“, erklärt Professor Xi Chen. „Der Hemmungsweg der GO-Photoreduktion wurde jedoch noch nicht erkannt. Die entscheidende Aufgabe besteht darin, einen Engpassweg der lasergesteuerten LSG-Oxidation zu erreichen.“

In der Veröffentlichung von Ultrafast Science wurde ein Photooxidationsweg von LSG mit hohen Reduktionsgraden aufgezeigt. Durch Femtosekunden-Laserstrahlritzen kann eine chemische Umwandlung von LSG zu oxidiertem lasergeschriebenem Graphen (OLSG) induziert werden.

Basierend auf dem Oxidationsmechanismus werden ein ringförmiger Reduktionslaserstrahl und ein sphärischer Oxidationsstrahl mit 532 nm gleichzeitig für die LSG-Herstellung gesteuert. Der sphärische Strahl wandelt LSG in OLSG um und teilt die LSG-Linie in zwei Teilbeugungssegmente auf. Es wurde ein LSG-Muster mit einer minimalen LSG-Linienbreite von 90 nm erreicht.

„Graphen ist das Grundmaterial für die Kohlenstoffelektronik. Das Zweistrahl-Laserritzverfahren bietet eine leistungsstarke Strategie für die Herstellung von Mikro-/Nanoschaltkreisen der neuen Generation“, sagt Professor Min Gu.

Mehr Informationen: Xi Chen et al., Two-Beam Ultrafast Laser Scribing of Graphene Patterns with 90-nm Subdiffraction Feature Size, Ultrafast Science (2022). DOI: 10.34133/ultrafastscience.0001

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