На атомному рівні: сонячні панелі та гаджети стануть ефективнішими завдяки спритному лазеру

Короткі лазерні імпульси можуть допомогти розкрити істинний потенціал багатьох 2D-матеріалів, на основі яких можливе створення не тільки фотоелементів, а й пристроїв нового типу.

Дослідники з фінського університету Ювяскюля та сербського університету Нові-Сад розробили лазерну технологію маніпулювання та обробки 2D-матеріалів. Це дуже важливо для створення пристроїв нового типу, пише Interesting Engineering.

Деякі двовимірні матеріали, такі як графен, силіцен, чорний фосфор і дихалькогеніди перехідних металів (TMD), перевершують інші за електричними і механічними параметрами. Вони могли б стати основою для створення високошвидкісних фотодетекторів, сучасних датчиків, високотехнологічної гнучкої електроніки та сонячних панелей, набагато ефективніших за ті, що використовуються сьогодні. Однак наразі у вчених немає ідеальної техніки маніпулювання та обробки 2D-матеріалів, і це не дає змоги використовувати їхній потенціал. Але нове дослідження вирішить цю проблему.

Двовимірними матеріалами маніпулюють з використанням безперервних і довгоімпульсних оптичних методів. Ці методи передбачають обробку світловими променями поверхні матеріалів таким чином, щоб викликати зміну їхніх фізичних і хімічних властивостей. Дані методи мають одне велике обмеження, — коли світло безперервно падає на матеріал у вигляді хвиль або енергетичних сплесків, це призводить до виділення тепла, яке в разі неправильного управління може пошкодити матеріал.

Надшвидка лазерна обробка використовує ультракороткі лазерні імпульси для модифікації матеріалів з високою точністю і мінімальним тепловим пошкодженням. Цей тип обробки може вносити зміни в матеріали на нанорівні. Використовуючи синергетичний ефект між енергетичними станами всередині атомних шарів і надшвидким лазерним випромінюванням, можна досягти безпрецедентної роздільної здатності аж до декількох нанометрів, зазначають автори дослідження.

Можливість маніпулювати двовимірними матеріалами в такому дрібному масштабі відкриває численні можливості для розроблення нових фотонних, електронних і сенсорних застосувань.

Працюючи на атомному рівні, надшвидка лазерна обробка здатна запускати процеси відшаровування, відновлення (додавання електронів для поліпшення електропровідності) і легування (додавання домішок для зміни властивостей матеріалу). Ці процеси мають велике значення, коли необхідно змінити фізичні та хімічні властивості 2D-матеріалів, що дає змогу використовувати їх під час розроблення електронних і фотонних пристроїв наступного покоління.

Метод надшвидкої лазерної обробки все ще перебуває на стадії розробки. Навіть у лабораторних умовах він передбачає використання дорогого устаткування і пов'язаний з низкою проблем, пов'язаних з оптимізацією і масштабуванням.