長(cháng)春光機所光子實(shí)驗室在利用飛秒激光微納加工石墨烯材料方面的研究獲得新進(jìn)展

自石墨烯被首次發(fā)現以來(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)現其走向應用的關(guān)鍵環(huán)節。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構，能夠調控其帶隙、吸收、載流子遷移率等性能。但這些方法存在著(zhù)耗時(shí)、成本高昂，缺乏通用性等問(wèn)題。因此，如何降低成本，高效制備微納結構石墨烯，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(zhù)超高峰值功率和超短脈沖持續時(shí)間的獨特優(yōu)勢，被廣泛應用于多種材料的超精細微納加工領(lǐng)域。然而，以激光直寫(xiě)為例，雖然其精度很高，但在超精細微納制備上，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。 

針對上述問(wèn)題，近日中國科學(xué)院長(cháng)春光學(xué)精密機械與物理研究所光子實(shí)驗室楊建軍團隊和山西長(cháng)治學(xué)院、美國羅切斯特大學(xué)合作提出了一種新型的應對方式——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)照射以及調控激光與物質(zhì)耦合強度和瞬時(shí)局部自由電子密度分布等，合作者們在百納米厚的硅基氧化石墨烯（GO）薄膜表面實(shí)現了高質(zhì)量微納周期結構的快速制備。 

這項工作首次證明了FPL技術(shù)在二維薄膜材料上能夠實(shí)現大面積高質(zhì)量亞微米周期結構（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(xiàn)性光學(xué)特點(diǎn)，FPL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(lèi)的限制。加工材料表現出了優(yōu)異的機械性能，可以利用傳統的濕轉移法進(jìn)行完整轉移。這為相關(guān)材料周期性微納結構的靈活制備奠定了基礎。