プレスリリース・研究成果

レーザーでグラフェン単層膜のナノ加工に成功 グラフェンを利用するナノデバイスの開発を加速する要素技術の実現に期待

2023/05/19

発表のポイント

  • 世界で最も薄い素材である炭素原子1層分のグラフェン膜を、レーザーで微細加工することに成功しました。
  • レーザーの照射条件を調整することで、グラフェンの表面洗浄や、原子レベルの欠陥形成などにも応用の可能性があることを発見しました。

概要 

優れた物理特性をもつことから「夢の素材」として知られるグラフェンですが、従来のナノ技術では論文などで提案される種々のグラフェンデバイスを効率的に作製することは困難でした。これはグラフェンが極限的に薄いシート状の素材であり、また、表面の汚染や構造の変質に敏感で、デバイスの特性を損なわずに加工・製造するのが困難なためです。

東北大学金属材料研究所の長迫実助手、多元物質科学研究所の上杉祐貴助教、小澤祐市准教授、佐藤俊一教授、大学院工学研究科知能デバイス材料学専攻の門口尚広大学院生(研究当時)、同専攻の小林哲郎大学院生らの研究グループは、フェムト秒レーザーを使って炭素原子1層分の厚さからなるグラフェン膜を、100ナノメートル(ナノ=10億分の1)以下の精度で加工することに成功しました。また、レーザー照射したグラフェン膜を高性能の電子顕微鏡で観察したところ、表面の汚染物が除去され、数ナノメートルの細孔や原子レベルの構造変化を生じさせることができることを発見しました。

これらの知見は、グラフェン素材のエンジニアリング手法の確立に役立つとともに、次世代半導体産業や量子科学産業の開拓を加速する研究成果であると考えられます。

本研究成果は、米国化学会発行の最先端のナノサイエンスを取り扱う学術誌Nano Lettersに2023年5月16日付けで掲載されました。

詳細

 

図 1. レーザー照射により穴あけ加工されるグラフェン膜のイメージ図。炭素原子の大きさを誇張して示しており、実際の大きさとは異なる。