I nanomateriali di carbonio mostrano proprietà fisiche straordinarie, eccezionale tra qualsiasi altra sostanza disponibile, e il grafene è diventato il materiale più promettente per i nuovissimi circuiti elettronici, sensori e dispositivi di comunicazione ottica. Il grafene è un foglio spesso un atomo di reticolo di carbonio a nido d'ape, con proprietà elettroniche e ottiche uniche, che potrebbe portare una nuova era di digiuno, affidabile, comunicazione a bassa potenza ed elaborazione delle informazioni.

Ma due problemi ostacolano la diffusione del grafene nell'elettronica del mondo reale. Non esiste una tecnologia su larga scala per controllarne le proprietà, e la tecnologia tradizionale utilizzata per i processori a base di silicio (stato solido) non è adatta alla lavorazione del grafene (materiale molecolare).

I ricercatori del Centro tecnologico AIMEN esplorano l'uso di laser ultraveloci come strumenti per la lavorazione del grafene. Il raggio laser può essere focalizzato con precisione per adattare le proprietà dei film di grafene in aree finemente definite per produrre comportamenti distinti utili per la produzione di dispositivi.

La chiave è l'uso di brevi, impulsi laser altamente controllati, che inducono cambiamenti chimici nel reticolo di carbonio. È sufficiente un singolo impulso laser della durata di diversi picosecondi:la durata di una singola oscillazione in una molecola polare, Come l'acqua. In questo lasso di tempo, i ricercatori hanno dimostrato di poter modellare i reticoli di grafene tagliando, aggiungendo molecole esterne o composti leganti (gruppi funzionali come ossigeno o idrossile). Poiché lo spot laser può essere focalizzato in un'area di un micron quadrato o meno, la scrittura diretta di dispositivi su grafene può essere ottenuta con elevata precisione, producendo nano-dispositivi con il minimo ingombro e la massima efficienza.

Come recentemente pubblicato in Lettere di fisica applicata AIP ( Ablazione di grafene modellata e funzionalizzazione a due fotoni mediante impulsi laser a picosecondi in condizioni ambientali ), il lavoro dei ricercatori AIMEN ha dimostrato che l'uso del laser, modellazione su larga scala di grafene ad alta velocità e risoluzione, aprendo nuove possibilità per la realizzazione di dispositivi. La velocità del processo può essere superiore a un m/s per disegnare le caratteristiche di dimensioni micrometriche. È possibile raggiungere velocità di elaborazione superiori a 10 m/s utilizzando la scansione ottica avanzata.

Inoltre, il lavoro ha dimostrato il controllo dei processi termici e chimici regolando le caratteristiche del raggio laser. Per input a bassa energia, l'assorbimento multifotonico gioca un ruolo importante, inducendo reazioni chimiche tra molecole di carbonio e atmosfera, con conseguente nuove proprietà ottiche in grafene.

Il potenziale delle proprietà ottiche alterate (come la trasmissione spettrale) del grafene funzionalizzato è stato recentemente riconosciuto, e il pieno potenziale industriale di questa tecnologia deve essere affrontato. Questa ricerca pone le basi per una più profonda comprensione dei processi chimici e fisici per la modellazione del grafene industrialmente fattibile, così come test per applicazioni di dispositivi reali per l'elettronica futura.