تسلط دراسة جديدة الضوء على الإمكانات المستقبلية للمعالجة بالليزر فائق السرعة

يُعد التعامل مع المواد ثنائية الأبعاد، مثل الجرافين والمعادن الانتقالية ثنائية التطعيم (TMDs)، أمرًا بالغ الأهمية لتطوير الجيل القادم من تقنيات الإلكترونيات والضوئيات والكمية وأجهزة الاستشعار. وتتميز هذه المواد بخصائص فريدة، منها الموصلية الكهربائية العالية، والمرونة الميكانيكية، والخصائص البصرية القابلة للضبط.

ومع ذلك، غالبًا ما تفتقر طرق المعالجة التقليدية إلى الدقة اللازمة وقد تتسبب في حدوث تلف حراري. وهنا يأتي دور المعالجة بالليزر فائق السرعة، التي تتيح تحكمًا غير مسبوق في خصائص المواد على المستوى النانوي.

1 الليزرات فائقة السرعة لتعديل المواد

أدت التطورات الحديثة في مجال التفاعلات بين الضوء والمادة إلى تمهيد الطريق لتطبيقات ثورية للمعالجة بالليزر فائق السرعة في المواد ثنائية الأبعاد. في دراسة جديدة، قام أليكسي إميليانوف، وميكا بيترسون من جامعة جيفاسكيلا في فنلندا، وإيفان بوبرينيتسكي من معهد الاستشعار الحيوي في صربيا، استكشاف الإمكانات الهائلة لتكنولوجيا الليزر فائق السرعة في معالجة المواد ثنائية الأبعاد ذات الطبقات والبنى غير المتجانسة لفان دير فال (vdW) من أجل تحقيق تطبيقات مبتكرة.

أصبحت المعالجة بالليزر فائق السرعة تقنية متعددة الاستخدامات لتعديل المواد وإضفاء وظائف جديدة عليها. وعلى عكس الطرق الضوئية ذات الموجة المستمرة والنبضات الطويلة، توفر الليزرات فائقة السرعة حلاً لمشكلة التسخين الحراري. قال أليكسي إميليانوف، الباحث ما بعد الدكتوراه بجامعة جيفاسكيلا، إن التفاعل غير الخطي بين نبضات الليزر فائقة السرعة والشبكة الذرية للمواد ثنائية الأبعاد له تأثير كبير على خصائصها الكيميائية والفيزيائية.

أداتان جديدتان للتحكم في خصائص المواد ثنائية الأبعاد
عرض الباحثون التقدم الذي تم إحرازه خلال العقد الماضي، مع التركيز على الدور التحويلي لنبضات الليزر فائقة السرعة في التكنولوجيا الخضراء التي لا تعتمد على القوالب، والتي تتيح إجراء العمليات الطرحية والإضافية وتمهد الطريق لتطوير أجهزة متطورة. ويمكن للتأثير التآزري بين حالات الطاقة داخل الطبقة الذرية والإشعاع بالليزر فائق السرعة أن يحقق دقة تصل إلى بضعة نانومترات.
قال أليكسي إميليانوف: “يجري حالياً استكشاف التفاعلات فائقة السرعة بين الضوء والمادة بشكل مكثف لدراسة الخصائص البصرية الفريدة للمواد منخفضة الأبعاد. وفي دراستنا، توصلنا إلى أن المعالجة بالليزر فائقة السرعة تنطوي على إمكانية أن تصبح أداة تقنية جديدة للتحكم في خصائص المواد ثنائية الأبعاد».

3 أدوات موثوقة لمعالجة المواد المتقدمة

بالإضافة إلى ذلك، تناقش الورقة البحثية التطورات الرئيسية في مجالات التفعيل الوظيفي، والتشريب، وإعادة البناء الذري، والتحولات الطورية، والنقش الميكروي والنانوي في البعدين الثاني والثالث. وتوفر القدرة على معالجة المواد ثنائية الأبعاد على هذا النطاق الدقيق إمكانيات عديدة لتطوير تطبيقات ضوئية وإلكترونية وتطبيقات أجهزة الاستشعار المبتكرة. وتشمل التطبيقات المحتملة أجهزة الكشف الضوئي عالية السرعة، والإلكترونيات المرنة، والهجينة الحيوية، وخلايا الطاقة الشمسية من الجيل التالي. وتتيح دقة المعالجة بالليزر فائق السرعة إنشاء هياكل معقدة على المستوى الميكروي والنانوي لاستخدامها في مجال الاتصالات، والتشخيص الطبي، ومراقبة البيئة.

إن النطاق الواسع لاستخدامات الليزرات فائقة السرعة في ضبط وتعديل المواد ثنائية الأبعاد أمر مثير للدهشة. وأضافت ميكا بيترسون أن الليزر لديه القدرة على تزويد العديد من مطوري التكنولوجيا بحلول مبتكرة لمعالجة المواد ثنائية الأبعاد. وتمثل هذه الدراسة خطوة مهمة إلى الأمام في تحقيق الإمكانات الكاملة للمواد ثنائية الأبعاد ومواد vdW، ومن المتوقع أن تدفع بتطورات جديدة في مجال التكنولوجيا والصناعة.