Les nanomatériaux de carbone présentent des propriétés physiques extraordinaires, exceptionnel parmi toute autre substance disponible, et le graphène est devenu le matériau le plus prometteur pour les tout nouveaux circuits électroniques, capteurs et dispositifs de communication optique. Le graphène est une feuille d'un seul atome d'épaisseur de réseau de carbone en nid d'abeille, aux propriétés électroniques et optiques uniques, qui pourrait amener une nouvelle ère de jeûne, fiable, communication et traitement de l'information à faible puissance.

Mais deux problèmes entravent l'absorption du graphène dans l'électronique du monde réel. Il n'y a pas de technologie à grande échelle pour contrôler ses propriétés, et la technologie traditionnelle utilisée pour les processeurs à base de silicium (à l'état solide) n'est pas adaptée au traitement du graphène (matériau moléculaire).

Les chercheurs du Centre Technologique AIMEN explorent l'utilisation des lasers ultrarapides comme outils de traitement du graphène. Le faisceau laser peut être focalisé avec précision pour adapter les propriétés des films de graphène dans des zones finement définies afin de produire des comportements distincts utiles pour la production de dispositifs.

La clé est l'utilisation de court, impulsions laser hautement contrôlées, qui induisent des changements chimiques dans le réseau de carbone. Une seule impulsion laser d'une durée de plusieurs picosecondes suffit - la durée d'une seule oscillation dans une molécule polaire, comme l'eau. A cette échelle de temps, les chercheurs ont démontré qu'ils peuvent modeler des réseaux de graphène en coupant, l'ajout de molécules externes ou de composés de liaison (groupes fonctionnels comme l'oxygène ou l'hydroxyle). Comme le spot laser peut être focalisé dans une zone d'un micron carré ou moins, l'écriture directe d'appareils sur du graphène peut être réalisée avec une grande précision, produire des nano-dispositifs avec un encombrement minimal et une efficacité maximale.

Comme récemment publié dans Lettres de physique appliquée de l'AIP ( Ablation de graphène à motifs et fonctionnalisation à deux photons par impulsions laser picosecondes dans des conditions ambiantes ), les travaux des chercheurs d'AIMEN ont démontré à base de laser, la structuration à grande échelle du graphène à haute vitesse et résolution, ouvrant de nouvelles possibilités pour la fabrication d'appareils. La vitesse du processus peut être supérieure à un m/s pour dessiner les caractéristiques de taille micrométrique. Des vitesses de traitement supérieures à 10 m/s pourraient être atteintes en utilisant un balayage optique avancé.

De plus, les travaux ont démontré la maîtrise des processus thermiques et chimiques en ajustant les caractéristiques du faisceau laser. Pour les faibles apports énergétiques, l'absorption multiphotonique joue un rôle majeur, induisant des réactions chimiques entre les molécules de carbone et de l'atmosphère, résultant en de nouvelles propriétés optiques dans le graphène.

Le potentiel des propriétés optiques altérées (comme la transmission spectrale) du graphène fonctionnalisé est nouvellement reconnu, et le plein potentiel industriel de cette technologie doit être exploité. Cette recherche jette les bases d'une compréhension plus approfondie des processus chimiques et physiques pour la structuration du graphène industriellement réalisable, ainsi que des tests pour des applications de dispositifs réels pour l'électronique future.