Многие современные смартфоны обладают яркими AMOLED-дисплеями. Под каждым отдельным пикселем скрываются как минимум два кремниевых транзистора, массовое производство которых осуществляется с применением технологий лазерного отжига. Интересно, что подобный процесс может использоваться также и для генерации кристаллов графена. Графен — прочный и тонкий углеродный наноматериал, привлекающий внимание ученых со всего мира своими замечательными свойствами, проявляющимися в способности проводить электричество и тепло.

В то время как традиционные методы требуют температур свыше 1000°C, лазерная технология позволяет достигнуть того же самого результата при более низких температурах, применимых даже к пластиковым подложкам (которые плавятся при температуре менее 300°C).

Исследовательская группа профессора Кеона Джэ Ли (KEON Jae Lee) из Центра многомерных углеродных материалов Института фундаментальной науки (IBS) и команда профессора Чхве Санг Юла (CHOI Sung-Yool) из Корейского института передовых технологий (KAIST) совместно нашли механизм синтеза графена с использованием индуцированного лазером разделения фаз, применяемого к твердотельному материалу — однокристальному карбиду кремния (SiC).

Результаты этого исследования, которые были опубликованы в издании Nature Communications, вносят ясность в том, как рассмотренная лазерная технология способна разделять сложное соединение (SiC) на ультратонкие элементы углерода и кремния.

Хотя ранее в ходе нескольких фундаментальных исследований был осознан эффект воздействия эксимерного лазера на трансформацию таких элементов, как кремний, воздействие лазера на более сложные соединения, подобные SiC, изучались редко по причине сложности фазового перехода соединения и ультракороткого времени, в течение которого происходит данный процесс.

Показанные выше изображения, полученные Институтом фундаментальной науки под микроскопом с высоким разрешением, наряду с использованием метода молекулярной динамики, позволили исследователям обнаружить, как одноимпульсное излучение эксимерным лазером на основе хлорида ксенона за 30 наносекунд расплавляет карбид кремния и тем самым приводит к выделению жидкого слоя SiC и неупорядоченного углеродного слоя с графитовым доменом (около 2,5 нанометров в толщину) на поверхности. Под углеродным слоем располагается кремниевый слой, толщина которого составляет примерно 5 нанометров.

Применение дополнительных импульсов приводит к сублимации выделенного кремния, в то время как неупорядоченный углеродный слой трансформируется в многослойный графен.

Профессор Кеон отмечает, что данное исследование показывает возможности использования при создании новых поколений двумерных наноматериалов технологии лазерного воздействия на материалы.

Профессор Чхве дополняет слова своего коллеги, подчеркивая, что использование индуцированного лазером разделения фаз в применении к сложным соединениям может в будущем позволить синтезировать новые типы двумерных наноматериалов.