研究人员实现用飞秒激光进行石墨烯纳米加工

研究人员实现用飞秒激光进行石墨烯纳米加工石墨烯于2004年被发现，它已经彻底改变了各种科学领域。它拥有高电子迁移率、机械强度和热导率等显著特性。人们投入了大量的时间和精力来探索它作为下一代半导体材料的潜力，催生了基于石墨烯的晶体管、透明电极和传感器等一系列有用部件。但是，为了使这些设备进入实际应用，关键是要有高效的加工技术，可以在微米和纳米尺度上构造石墨烯薄膜。通常，微/纳米尺度的材料加工和设备制造采用纳米光刻技术和聚焦离子束方法。然而，由于需要大规模的设备、冗长的制造时间和复杂的操作，这些都给实验室研究人员带来了长期的挑战。早在一月份，东北大学的研究人员创造了一种技术，可以对厚度为5至50纳米的氮化硅薄片进行微/纳米制造。该方法采用了飞秒激光，它发射出极短的快速光脉冲。事实证明，它能够在没有真空环境的情况下快速、方便地加工薄型材料。(a)激光加工系统的示意图。(b)石墨烯薄膜上32个激光点的形成。(c)经过多点钻孔的石墨烯薄膜的图像。通过将这种方法应用于石墨烯的超薄原子层，同一小组现在已经成功地进行了多点钻孔而不损坏石墨烯薄膜。他们的突破性细节于2023年5月16日在《纳米通讯》杂志上报道。东北大学先进材料多学科研究所的助理教授、该论文的共同作者YuukiUesugi说："通过对输入能量和激光射击次数的适当控制，我们能够执行精确的加工并创造出直径从70纳米--远小于520纳米的激光波长--到超过1毫米的孔。"通过扫描透射电子显微镜观察到的激光加工的石墨烯薄膜的图像。黑色区域表示打孔。白色物体表示表面污染物。资料来源：YuukiUesugi等人。在通过高性能电子显微镜仔细检查用低能量激光脉冲照射的区域时，上杉和他的同事发现，石墨烯上的污染物也已被清除。进一步的放大观察发现了直径小于10纳米的纳米孔和原子级缺陷，在石墨烯的晶体结构中缺少几个碳原子。石墨烯中的原子缺陷既是有害的也是有利的，这取决于应用。虽然缺陷有时会降低某些特性，但它们也会引入新的功能或增强特定的特性。通过高倍率透射电子显微镜获得的图像。红色区域表示纳米孔。蓝色区域表示污染物。箭头所指的位置存在原子缺陷。"观察到纳米孔和缺陷的密度随着激光射击的能量和数量成比例增加的趋势，使我们得出结论，纳米孔和缺陷的形成可以通过使用飞秒激光照射来操纵，"Uesugi补充说。"通过在石墨烯中形成纳米孔和原子级缺陷，不仅可以控制导电性，还可以控制量子级特性，如自旋和谷值。此外，这项研究中发现的通过飞秒激光照射去除污染物的方法可以开发出一种非破坏性和清洁地清洗高纯度石墨烯的新方法。"展望未来，该团队旨在建立一种使用激光的清洗技术，并对如何进行原子缺陷的形成进行详细调查。进一步的突破将对从量子材料研究到生物传感器开发等领域产生巨大影响。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1363301.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1363301.htm

纳米波纹石墨烯成为强大的催化剂

纳米波纹石墨烯成为强大的催化剂科学家们发现，石墨烯中的纳米波纹使它成为一种强大的催化剂，尽管它被认为是化学惰性的。他们发表在PNAS上的研究表明，石墨烯表面的纳米级波纹可以加速氢气的分裂，就像最好的金属基催化剂一样，而且这种效应可能存在于所有二维材料中。本周发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的研究表明，表面有纳米级波纹的石墨烯可以加速氢气的分裂，就像最好的金属基催化剂一样。这种意想不到的效果可能存在于所有二维材料中，这些材料本身都是不平坦的。曼彻斯特团队与来自中国和美国的研究人员合作进行了一系列的实验，以证明石墨烯的非平坦性使其成为一种强大的催化剂。首先，利用超灵敏的气流测量和拉曼光谱，他们证明了石墨烯的纳米级波纹与它与分子氢（H2）的化学反应性有关，并且它解离成原子氢（H）的活化能相对较小。顶部有离解氢原子的波纹石墨烯。资料来源：曼彻斯特大学研究小组评估了这种反应性是否足以使该材料成为高效的催化剂。为此，研究人员使用了氢气和氘气（D2）的混合气体，发现石墨烯确实表现为一种强大的催化剂，将氢气和D2转化为HD。这与石墨和其他碳基材料在相同条件下的行为形成了鲜明的对比。气体分析显示，单层石墨烯产生的HD量与已知的氢气催化剂（如氧化锆、氧化镁和铜）大致相同，但石墨烯只需要极少量，不到后者催化剂的100倍。"我们的论文表明，独立的石墨烯与化学性质极其惰性的石墨和原子平坦的石墨烯都有很大不同。"论文第一作者孙鹏展博士说："我们还证明了与石墨烯表面的空位、边缘和其他缺陷等'通常嫌疑人'相比，纳米级的波纹对催化作用更为重要。"论文的第一作者Geim教授补充说："由于热波动和不可避免的局部机械应变，所有原子级薄的晶体都会自然发生纳米波纹，其他二维材料也可能显示出类似的增强反应性。至于石墨烯，我们当然可以期待它在其他反应中具有催化和化学活性，而不仅仅是涉及氢气的反应。""二维材料最常被认为是原子级的平板，由不可避免的纳米级波纹造成的影响至今被忽视。我们的工作表明，这些影响可能是戏剧性的，这对二维材料的使用有重要影响。例如，块状硫化钼和其他茂金属经常被用作三维催化剂。现在我们应该想一想，它们在二维形式下是否会更加活跃"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1349743.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1349743.htm

【首个石墨烯制成的功能半导体问世，天津大学团队承担主要研究与攻关】

【首个石墨烯制成的功能半导体问世，天津大学团队承担主要研究与攻关】据一财，有媒体报道称有研究团队创造了世界上第一个由石墨烯制成的功能半导体，相关论文发表在权威期刊Nature杂志上。上述报道所述论文名为“Ultrahigh-mobilitysemiconductingepitaxialgrapheneonsiliconcarbide”（《碳化硅上的超高迁移率半导体外延石墨烯》），论文的共同第一作者赵健、纪佩璇、李雅奇、李睿四人以及其余多位署名作者主要来自中国天津大学研究团队，同时也有#美国佐治亚理工学院的研究人员。

研究发现双层石墨烯中的电子像没有质量的粒子一样运动

研究发现双层石墨烯中的电子像没有质量的粒子一样运动艺术家绘制的天然双层石墨烯中的移动电荷。资料来源：LukasKroll此外，他们还证明，电流可以"开关"，这为开发微小、节能的晶体管提供了可能--就像家里的电灯开关，但却是纳米级的。美国麻省理工学院（MIT）和日本国立材料科学研究所（NIMS）也参与了这项研究。研究成果发表在科学杂志《自然通讯》上。安娜-塞勒博士。图片来源：ChristianEckel石墨烯的特性与挑战石墨烯于2004年被发现，是由单层碳原子组成的。石墨烯具有许多不寻常的特性，其中最著名的是其超高的导电性，这是因为电子在这种材料中以高速、恒定的速度穿行。这一独特的特性让科学家们梦想着利用石墨烯制造速度更快、能效更高的晶体管。所面临的挑战是，要制造出晶体管，需要控制材料在高导电状态之外还具有高绝缘状态。然而，在石墨烯中，载流子速度的这种"切换"并不容易实现。事实上，石墨烯通常没有绝缘状态，这限制了石墨烯作为晶体管的潜力。石墨烯晶体管研究取得突破性进展哥廷根大学的研究小组现在发现，自然形成的双层石墨烯中的两层石墨烯结合了两方面的优点：除了绝缘状态外，这种结构还能支持电子像光一样以惊人的速度运动，就像它们没有质量一样。研究人员发现，通过施加垂直于材料的电场，可以改变这种状况，使双层石墨烯成为绝缘体。托马斯-韦茨教授。资料来源：TWeitz快速移动电子的这一特性早在2009年就已在理论上得到预测，但由于NIMS提供的材料以及与麻省理工学院在理论方面的密切合作，样品质量显著提高，才有可能在实验中发现这一特性。虽然这些实验是在低温条件下进行的--低于冰点约273°--但它们显示了双层石墨烯制造高效晶体管的潜力。"我们早就知道这个理论。但是，现在我们已经进行了实验，实际显示了电子在双层石墨烯中类似光的分散。对于整个团队来说，这是一个非常激动人心的时刻，"哥廷根大学物理系的托马斯-韦茨教授说。哥廷根大学博士后研究员、第一作者AnnaSeiler博士补充说："我们的工作只是迈出了关键的第一步。研究人员下一步将研究双层石墨烯是否真的能改善晶体管，或者研究这种效应在其他技术领域的潜力。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1427873.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1427873.htm

来自中国科学院物理研究所、国家纳米科学中心等单位的科研人员，通过研究三层石墨烯的菱形堆垛结构发现，在菱形堆垛三层石墨烯中，电子和

来自中国科学院物理研究所、国家纳米科学中心等单位的科研人员，通过研究三层石墨烯的菱形堆垛结构发现，在菱形堆垛三层石墨烯中，电子和红外声子之间具有强相互作用，这有望应用于光电调制器和光电芯片等领域。相关研究成果在线发表于《自然-通讯》杂志。据悉，这项研究为理解菱形堆垛的三层石墨烯中的超导和铁磁等物理效应提供了新的视角。同时，它也为新一代光电调制器和光电芯片的设计提供了相关材料研究的基础。（科技日报）

用于脑机接口的工程石墨烯界面有望改变神经科学

用于脑机接口的工程石墨烯界面有望改变神经科学这项研究由加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所（ICN2）与巴塞罗那自治大学（UAB）及其他国内外合作伙伴共同发起，目前正通过衍生公司INBRAINNeuroelectronics开发治疗应用。石墨烯技术的主要特点在欧洲石墨烯旗舰项目（EuropeanGrapheneFlagshipproject）的多年研究之后，ICN2与曼彻斯特大学（UniversityofManchester）合作，率先开发出EGNITE（EngineeredGrapheneforNeuralInterfaces，用于神经接口的工程石墨烯），这是一类新型的基于石墨烯的灵活、高分辨率、高精度植入式神经技术。该成果最近发表在《自然-神经技术》（NatureNeurotechnology）杂志上，旨在通过创新技术为神经电子学和脑机接口的蓬勃发展做出贡献。EGNITE以其发明者在碳纳米材料制造和医学转化方面的丰富经验为基础。这项基于纳米多孔石墨烯的创新技术集成了半导体行业的标准制造工艺，可组装直径仅为25微米的石墨烯微电极。这种石墨烯微电极具有低阻抗和高电荷注入的特性，是灵活高效的神经接口的基本属性。临床前功能验证与ICN2合作的多位神经科学和生物医学专家利用中枢神经系统和周围神经系统的不同模型进行了临床前研究，结果表明EGNITE能够异常清晰和精确地记录高保真神经信号，更重要的是，它还能提供高度针对性的神经调节。EGNITE技术将高保真信号记录和精确神经刺激独特地结合在一起，可能是神经电子疗法的一个重要进步。这一创新方法填补了神经技术领域的一个重要空白，而在过去二十年中，神经技术领域的材料几乎没有取得任何进展。EGNITE电极的开发有能力将石墨烯置于神经技术材料的最前沿。国际合作与科学领导力石墨烯旗舰项目是欧洲在过去十年间提出的一项倡议，旨在推动欧洲在依靠石墨烯和其他二维材料的技术领域取得战略领先地位。这一科学突破的背后是ICN2研究人员DamiàViana（现就职于INBRAINNeuroelectronics）、StevenT.Walston（现就职于南加州大学）和EduardMasvidal-Codina在ICREA领导人JoseA.Garrido的指导下共同努力的结果。Garrido和ICREAKostasKostarelos（ICN2纳米医学实验室和英国曼彻斯特大学生物、医学与健康学院的负责人）的指导下进行。巴塞罗那自治大学（UAB）神经科学研究所和细胞生物学、生理学与免疫学系的泽维尔-纳瓦罗（XavierNavarro）、娜塔莉亚-德拉-奥利瓦（NatàliadelaOliva）、布鲁诺-罗德里格斯-梅阿纳（BrunoRodríguez-Meana）和豪梅-德尔-瓦莱（JaumedelValle）也参与了这项研究。这项合作得到了巴塞罗那微电子研究所（IMB-CNM）、英国曼彻斯特国家石墨烯研究所、法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学格勒诺布尔神经科学研究所和巴塞罗那大学等国内外知名机构的大力支持。在CIBER研究员XaviIlla博士的指导下，在IMB-CNM（CSIC）的微米和纳米加工洁净室进行了与标准半导体制造工艺的技术整合。临床转化：下一步行动文章中描述的EGNITE技术已获得专利，并授权给INBRAINNeuroelectronics公司使用，该公司是ICN2和ICREA在中船重工集团IMB-CNM支持下在巴塞罗那分拆出来的公司。该公司也是石墨烯旗舰项目的合作伙伴，目前正在牵头将这项技术转化为临床应用和产品。在首席执行官卡罗琳娜-阿吉拉尔（CarolinaAguilar）的领导下，INBRAINNeuroelectronics公司正在为这项创新石墨烯技术的首次人体临床试验做准备。加泰罗尼亚在半导体工程方面的产业和创新前景广阔，其雄心勃勃的国家战略计划建设最先进的设施，以生产基于新兴材料的半导体技术，这为加快将今天介绍的这些成果转化为临床应用提供了前所未有的机会。《自然-纳米技术》这篇文章介绍了一种基于石墨烯的创新神经技术，该技术可利用现有的半导体制造工艺进行升级，具有产生变革性影响的潜力。ICN2及其合作伙伴将继续推进和成熟所述技术，以期将其转化为真正有效和创新的神经治疗技术。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423775.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423775.htm