自石墨烯被首次發(fā)現(xiàn)以來(lái)，“二維材料”逐漸走入人們的視野，并成為材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而如何突破材料本身性能，拓展其物理化學(xué)性質(zhì)，是實(shí)現(xiàn)其走向應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過(guò)自組裝，電子束刻蝕和極紫外光刻等技術(shù)在石墨烯上制備微納結(jié)構(gòu)，能夠調(diào)控其帶隙、吸收、載流子遷移率等性能。但這些方法存在著耗時(shí)、成本高昂，缺乏通用性等問(wèn)題。因此，如何降低成本，高效制備微納結(jié)構(gòu)石墨烯，成為了目前需要解決的重要問(wèn)題。
飛秒激光加工技術(shù)憑借著超高峰值功率和超短脈沖持續(xù)時(shí)間的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于多種材料的超精細(xì)微納加工領(lǐng)域。然而，以激光直寫為例，雖然其精度很高，但在超精細(xì)微納制備上，效率仍有待提高。同時(shí)保證加工精度和加工效率是該技術(shù)需要解決的主要問(wèn)題之一。顯然，如何利用靈活簡(jiǎn)便的加工手段解決加工精度和加工效率問(wèn)題是拓展飛秒激光實(shí)用化的關(guān)鍵所在。
針對(duì)上述問(wèn)題，近日中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所光子實(shí)驗(yàn)室楊建軍團(tuán)隊(duì)和山西長(zhǎng)治學(xué)院、美國(guó)羅切斯特大學(xué)合作提出了一種新型的應(yīng)對(duì)方式——飛秒激光等離子體光刻技術(shù)（FPL）。通過(guò)均勻化入射激光通量的寬視場(chǎng)照射以及調(diào)控激光與物質(zhì)耦合強(qiáng)度和瞬時(shí)局部自由電子密度分布等，合作者們?cè)诎偌{米厚的硅基氧化石墨烯（GO）薄膜表面實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量微納周期結(jié)構(gòu)的快速制備。
這項(xiàng)工作首次證明了FPL技術(shù)在二維薄膜材料上能夠?qū)崿F(xiàn)大面積高質(zhì)量亞微米周期結(jié)構(gòu)（周期約680納米，寬度約400納米）（rGO-LIPSS）的快速制備。不僅如此，得益于飛秒激光的非線性光學(xué)特點(diǎn)，F(xiàn)PL技術(shù)加工過(guò)程不易受材料表面缺陷、雜質(zhì)等因素的影響，加工基底也不易受到材料種類的限制。加工材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的機(jī)械性能，可以利用傳統(tǒng)的濕轉(zhuǎn)移法進(jìn)行完整轉(zhuǎn)移。這為相關(guān)材料周期性微納結(jié)構(gòu)的靈活制備奠定了基礎(chǔ)。
該研究成果以“High-speed femtosecond laser plasmonic lithography and reduction of graphene oxide for anisotropic photoresponse”為題發(fā)表在Nature子刊Light: Science & Applications上。
圖1 基于飛秒激光等離子體光刻技術(shù)（FPL）的GO薄膜表面微納加工
圖2 基于FPL技術(shù)rGO-LIPSS的靈活制備
圖3 基于rGO-LIPSS的光電響應(yīng)器件特性研究
?。ㄎ恼骆溄樱篽ttps://www.nature.com/articles/s41377-020-0311-2）
中國(guó)光學(xué)已發(fā)表相關(guān)評(píng)述，鏈接地址: https://mp.weixin.qq.com/s/7grb1lW83ZN7BLIPS460IQ
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