陳根：石墨烯上的納米鑽孔和原子級缺陷_風聞

文/陳根

據發表於《納米快報》雜誌的最新研究介紹，東北大學的研究人員創造了一種可以微/納米制造厚度從5納米到50納米的氮化硅薄膜器件的技術。通過將該方法應用於石墨烯的超薄原子層，可以在不損壞石墨烯膜的情況下進行多點鑽孔。

石墨烯是一種由碳單層組成的材料，由獲得2010年諾貝爾物理學獎的安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在2004年首次製備成功。自被發現以來，石墨烯徹底改變了各個科學領域。其極高的強度、導電性和熱穩定性等獨特性質，賦予了它巨大的應用潛力，比如可以用於電池、電子器件、傳感器、生物醫學領域等。

基於大量時間和精力的探索，研究人員開發了基於石墨烯的晶體管、透明電極和傳感器。而為了將這些器件更廣泛地投入實際應用領域，科學家們着力於在微米和納米尺度上構建石墨烯膜的高效加工技術的探索研究。直到今年一月份，東北大學研究團隊採用飛秒激光，發射極短、快速的光脈衝，創造了微/納米制造納米級氮化硅薄膜器件的技術，它能夠在沒有真空環境的情況下快速方便地處理薄材料。

“通過適當控制輸入能量和激光發射次數，我們能夠進行精確的加工，併產生直徑從70納米到1毫米以上的孔”。據東北大學助理教授Yuuki Uesugi介紹，通過高性能電子顯微鏡對用低能量激光脈衝照射的區域進行更仔細的檢查，發現石墨烯上的污染物也被去除了；進一步放大觀察則可以顯示，石墨烯上直徑小於10納米的納米孔和原子級缺陷。

關於石墨烯中的原子級缺陷，Uesugi表示，其利弊不能一概而論，而是要取決於其實際應用。缺陷有時候會降低某些屬性，但它們也會引入新功能或增強特定特性。通過在石墨烯中形成納米孔和原子級缺陷，不僅可以控制電導率，還可以控制自旋和谷等量子級特性。

“我們觀察到納米孔和缺陷的密度與激光發射的能量和次數成比例增加的趨勢。”Uesugi補充道：我們得出結論是可以通過使用飛秒激光照射來控制納米孔和缺損的形成。而且，飛秒激光去除污染物可以開發出一種無損清潔清洗高純度石墨烯的新方法。

目前，石墨烯的應用仍處於早期階段，但是科學家們已經在多個領域實現了突破，相信未來它會成為一個非常重要的材料。而通過對如何進行原子缺陷形成的詳細研究，將對從量子材料研究到生物傳感器開發等領域產生重大影響。