一项新的联合研究揭示了超快激光的巨大潜力，它可以为高速光电探测器、柔性电子器件、生物混合动力和下一代太阳能电池等许多技术开发商提供二维材料加工的创新解决方案。
对石墨烯和过渡金属二掺杂化合物（TMDs）等二维材料的处理对于下一代电子、光子、量子和传感器技术的发展至关重要。这些材料具有独特的性能，包括高导电性、机械柔韧性和可调光学特性。然而，传统的加工方法往往缺乏必要的精度，并可能带来热损伤。这正是超快激光加工发挥作用的地方，它能在纳米尺度上对材料特性进行前所未有的控制。
用于改性材料的超快激光器
光-物质相互作用领域的最新进展为超快激光加工在二维材料中的变革性应用铺平了道路。Aleksei Emelianov、于韦斯屈莱大学（芬兰）的 Mika Pettersson 和 Biosense 研究所（塞尔维亚）的 Ivan Bobrinetskiy 的一项新研究探讨了超快激光技术在操纵二维层状材料和范德华（vdW）异质结构以实现新型应用方面的巨大潜力。
– 超快激光加工已成为改性材料和引入新功能的多功能技术。与连续波和长脉冲光学方法不同，超快激光为热加热问题提供了解决方案。来自于韦斯屈莱大学的博士后研究员 Aleksei Emelianov 告诉我们，超快激光脉冲与二维材料原子晶格之间的非线性相互作用会极大地影响它们的化学和物理特性。
操纵二维材料特性的新工具
研究人员介绍了过去十年取得的进展，主要关注超快激光脉冲在无掩模绿色技术中的变革性作用，这种技术实现了减法和加法过程，为先进设备的开发开辟了道路。利用原子层内能态与超快激光照射之间的协同效应，可以实现低至几纳米的分辨率。
– Aleksei Emelianov 说，超快光物质相互作用正在被积极探索，以研究低维材料的独特光学特性。在我们的研究中，我们发现超快激光加工有可能成为操纵二维材料特性的新技术工具。
先进材料加工的可靠工具
我们讨论了功能化、掺杂、原子重构、相变以及二维和三维微观和纳米图案化方面的主要进展。在如此精细的尺度上操纵二维材料的能力为开发新型光子、电子和传感器应用提供了众多可能性。潜在的应用包括高速光电探测器、柔性电子器件、生物混合物和下一代太阳能电池。超快激光加工的精确性使得复杂的微米级和纳米级结构成为可能，可用于电信、医疗诊断和环境监测。
– 令人惊讶的是，超快激光在调整和修改二维材料方面的用途如此广泛。Mika Pettersson 补充说，激光极有可能为许多技术开发人员提供二维材料加工的创新解决方案。
这篇综述代表着在实现二维材料和 vdW 材料的全部潜力方面迈出的重要一步，有望推动技术和工业的新进步。
– Ivan Bobrinetskiy 说，尽管如此，仍然需要对激光与二维材料之间超快相互作用的物理基础进行研究。他继续说，这些不仅包括二维材料晶格与光之间的相互作用，还涉及环境和基底，这使得这些过程的物理学变得更加复杂，但同时也更加令人兴奋。
文章信息
Ultrafast Laser Processing of 2D Materials: Novel Routes to Advanced Devices, Aleksei V. Emelianov, Mika Pettersson, Ivan I. Bobrinetskiy, Advanced Materials, 17.5.2024
https://doi.org/10.1002/adma.202402907
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202402907
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