На атомном уровне: солнечные панели и гаджеты станут эффективнее благодаря шустрому лазеру
Короткие лазерные импульсы могут помочь раскрыть истинный потенциал многих 2D-материалов, на основе которых возможно создание не только фотоэлементов, но и устройств нового типа.
Исследователи из финского университета Ювяскюля и сербского университета Нови-Сад разработали лазерную технологию манипулирования и обработки 2D-материалов. Это очень важно для создания устройств нового типа, пишет Interesting Engineering.
Некоторые двумерные материалы, такие как графен, силицен, черный фосфор и дихалькогениды переходных металлов (TMD), превосходят другие по электрическим и механическим параметрам. Они могли бы стать основой для создания высокоскоростных фотодетекторов, современных датчиков, высокотехнологичной гибкой электроники и солнечных панелей, гораздо более эффективных, чем те, которые используются сегодня. Однако в настоящее время у ученых нет идеальной техники манипулирования и обработки 2D-материалов, и это не позволяет использовать их потенциал. Но новое исследование решит эту проблему.
Двумерными материалами манипулируют с использованием непрерывных и длинноимпульсных оптических методов. Эти методы подразумевают обработку световыми лучами поверхности материалов таким образом, чтобы вызвать изменение их физических и химических свойств. Данные имеют одно большое ограничение, — когда свет непрерывно падает на материал в виде волн или энергетических всплесков, это приводит к выделению тепла, которое при неправильном управлении может повредить материал.
Сверхбыстрая лазерная обработка использует ультракороткие лазерные импульсы для модификации материалов с высокой точностью и минимальным тепловым повреждением. Этот тип обработки может вносить изменения в материалы на наноуровне. Используя синергетический эффект между энергетическими состояниями внутри атомных слоев и сверхбыстрым лазерным излучением, можно достичь беспрецедентного разрешения вплоть до нескольких нанометров, отмечают авторы исследования.
Возможность манипулировать двумерными материалами в таком мелком масштабе открывает многочисленные возможности для разработки новых фотонных, электронных и сенсорных приложений.
Работая на атомном уровне, сверхбыстрая лазерная обработка способна запускать процессы отслаивания, восстановления (добавление электронов для улучшения электропроводности) и легирование (добавление примесей для изменения свойств материала). Эти процессы имеют большое значение, когда необходимо изменить физические и химические свойства 2D-материалов, что позволяет использовать их при разработке электронных и фотонных устройств следующего поколения.
Метод сверхбыстрой лазерной обработки все еще находится в стадии разработки. Даже в лабораторных условиях он предполагает использование дорогостоящего оборудования и сопряжен с рядом проблем, связанных с оптимизацией и масштабированием.
Ранее мы писали, что ученые создали эффективный титан-сапфировый лазер на чипе. Новый лазер в 10 000 раз меньше и в 1000 раз дешевле аналогичных устройств, а питается от обычной лазерной указки.