石墨烯Nanomesh。图片来源:Hiroshi Mizuta, JAIST
日本高等科学技术研究院(JAIST)的研究人员通过氦离子束显微镜成功制备了大面积悬浮石墨烯纳米网。在长1.2 um、宽500 nm的悬浮石墨烯上均匀地形成直径6nm的纳米孔。通过系统地控制间距(纳米孔中心到纳米孔中心)从15 nm到50 nm，获得了一系列稳定的石墨烯纳米孔器件。这为研究纳米石墨烯的本征性质提供了一种实用的方法，并将其应用于气体传感、声子工程和量子技术。
石墨烯凭借其优异的电学、热学和光学性能，在未来十年将有广阔的应用前景。它也是替代硅来建造下一代电路的潜在人选。然而，由于没有带隙，使用石墨烯作为场效应晶体管(fet)并不简单。研究人员试图将石墨烯薄片切割成一小块石墨烯纳米带，并成功地观察到了能带开口。然而，石墨烯纳米带的电流太低，无法驱动集成电路。在这种情况下，通过在石墨烯上引入周期性的纳米孔，提出了石墨烯纳米网格，也被认为是非常小的石墨烯纳米带阵列。
由刘法勇博士和Hiroshi MIZUTA教授领导的研究团队与美国国家先进工业科学技术研究所(AIST)的研究人员合作证明，采用直径在10纳米以下、间距可控的氦离子束显微镜可以快速实现大面积悬浮石墨烯纳米粒。与慢速瞬变电磁法相比，氦离子束铣削技术克服了速度限制，同时提供了较高的成像分辨率。通过初步的电测量发现，石墨烯纳米网的热活化能随孔隙率的增加呈指数增长。这立即为带隙工程提供了一种超越传统纳米带方法的新方法。该团队计划继续探索石墨烯纳米网，以应用于声子工程。
“石墨烯纳米网是现代微型机器系统的一种新的‘砖’。理论上，我们可以在原始的悬浮石墨烯上产生多种周期性图案，这将调整设备的属性，以用于特殊应用，特别是纳米尺度的热管理，”Mizuta实验室负责人Hiroshi Mizuta教授说。MIZUTA实验室目前正在开发石墨烯器件的电学和热性能，用于基础物理和潜在应用，如气体传感器和热整流器。其目标是用石墨烯打造一个绿色世界。
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参考文献:“电导可调节悬浮石墨烯纳米级氦离子束研磨”，作者:刘法勇，王忠旺，中雄Soya，小川Shinichi Ogawa，森田宇典，Marek Schmidt, Mayeesha Haque, Manoharan Muruganathan和水田浩，2020年4月7日，Micromachines。DOI: 10.3390 / mi11040387
本研究得到了日本科学促进会(JSPS)科学研究资助No. 18h03861,19h05520的资助。
