Группа исследователей из Финляндии и Тайваня обнаружили, что графен, однослойный материал из атомов углерода, может быть превращен в трехмерные объекты только при помощи одного лазерного света. И в качестве демонстрации разработанной ими технологии была создана крошечная многоступенчатая графеновая пирамида, высотой в 60 нанометров, что всего в 200 раз больше толщины одного графенового слоя.
Напомним нашим читателям, что графен – это самый близкий “родственник” графита, формы углерода, состоящей из миллионов и миллиардов графеновых слоев. Графен был открыт в 2004 году и за это открытие Андрей Гейм и Константин Новоселов в 2010 году стали лауреатами Нобелевской премии в области физики. С того времени множество ученых из разных стран занялись изучением свойств этого материала, на базе которого можно делать электронные и оптические устройства, такие, как транзисторы, фотоэлементы и различные датчики. А в ближайшем будущем, вероятно, мы сможем увидеть еще большее количество новых устройств на основе графена.
Интересен тот факт, что возможность придания графену трехмерной формы была обнаружена учеными по чистой случайности. “Используя различные виды освещения, мы занимались исследованиями свойств включенных в графен различных химических соединений. И во время одного из экспериментов мы наткнулись на то, что нам не удается найти ни одного следа посторонних включений в графене. Проведя исследования мы пришли к выводу, что виновником являются структурные дефекты графеновой пленки, которые несут ответственность за разительные перемены этого материала” – рассказывает Вей Йен Вун (Wei Yen Woon), исследователь из Тайваня.
“Полученные экспериментальные данные сначала повергли нас в изумление, ведь они сначала не имели никакого практического смысла” – рассказывает доктор Пекка Коскинен (Dr Pekka Koskinen), отвечающий за теоретическую часть проводимых экспериментов, – “Но постепенно, благодаря постоянному сопоставлению данных экспериментов и результатов компьютерного моделирования, мы разобрались в происходящем и пришли к пониманию физики механизма формирования трехмерных объектов из графена”.
“Мы назвали разработанный нами способ “оптической штамповкой”. Этот процесс напоминает процесс придания форм листовому металлу при помощи молотка. Только в нашем случае роль этого молотка играет луч лазерного света” – рассказывает профессор Мика Петтерссон (Mika Pettersson), возглавляющая экспериментальную исследовательскую группу, – “Прелесть этой технологии заключается в ее простоте и быстроте, она не требует использования дополнительных химикатов и обработки материала. И, несмотря на эту простоту, мы были крайне удивлены тем, что простой луч лазерного света способен вызывать столь кардинальные изменения структуры графена. Для осмысления этого и понимания того, что происходит, нам потребовалось достаточно много времени”.
Результаты дополнительных исследований показали, что графен в его новой “трехмерной” форме является достаточно стабильным материалом. Он обладает электронными и оптическими свойствами, сильно отличающимися от свойств обычного “двухмерного” графена. И это позволит использовать “отформованный” графен для изготовления принципиально новых наноразмерных электронных, оптоэлектронных и оптических устройств.