Короткие лазерные импульсы могут образовывать объемные структуры в графене, такие как пирамиды или полусферы. Этот эффект, обнаруженный группой физиков из Финляндии и Китая, обусловлен локальным расширением графена из-за образования дефектов в его строении. Исследование опубликовано в журнале Nano Letters.

Графен представляет собой плоский лист из атомов углерода, организованных в шестиугольники. Некоторые методы позволяют получать из него и объемные структуры, состоящие из множества небольших графеновых листов, расположенных под углами друг к другу. Получать такие структуры гораздо легче, чем плоский и бездефектный графен, — например, их можно синтезировать даже из обычного кубика сахара. Однако такие методы не позволяют получать графен с нужной структурой.

The University of Jyväskylä

Авторы новой работы научились управлять процессом изготовления объемных структур из графена с помощью лазера. Они обнаружили, что при облучении графенового листа фемтосекундными лазерными импульсами в инертной атмосфере в нем образуются объемные структуры высотой до нескольких десятков нанометров. Исследовав их с помощью атомно-силовой микроскопии и рамановской спектроскопии, а также создав компьютерную модель процесса, ученые выдвинули гипотезу образования этих структур.

Рост дефектов при облучении. Johansson et al. / Nano Letters, 2017

По их мнению, в данном случае происходят структурные, а не химические изменения, как в случае с образованием оксида графена в кислородосодержащей атмосфере. Изначально из-за особенностей технологического процесса в графене присутствуют дефекты. Лазерный луч вызывает рост областей с дефектами строения, в результате чего графен в этих областях «надувается» — расширяется и «поднимается» над поверхностью листа.

Изображения и компьютерные модели созданных структур. Johansson et al. / Nano Letters, 2017

Исследователи создали с помощью новой методики несколько объемных структур, высота одной из которых превысила сто нанометров. Ученые считают, что такие объемные структуры можно создавать и из других двумерных материалов, а не только из графена.

В 2015 году китайские ученые продемонстрировали технологию сгибания больших листов оксида графена по заранее заданному шаблону при помощи инфракрасного света, таким образом научившись придавать этому материалу заданную форму.

Автор: Григорий Копиев