近日，光子芯片研究院陈希教授在《科学》旗下期刊《超快科学》（Ultrafast Science）上发表题为“用于制作90纳米超衍射极限精度石墨烯图案的双光束超快激光直写技术”（Two-beam ultrafast laser scribing of graphene patterns with 90 nm sub-diffraction feature size）的研究成果，陈希教授为第一作者，上海理工大学为第一单位，陈希教授、顾敏院士为通讯作者。“石墨烯是碳基电路的基础材料，这项双光束石墨烯激光光刻工艺会为新一代微纳米碳基电路的制造提供基础技术支撑。”顾敏院士谈道。

2014年，诺贝尔化学奖授予了发明超分辨率荧光显微技术的德国科学家斯特凡·W·赫尔、美国科学家埃里克·白兹格和美国科学家威廉姆·艾斯科·莫尔纳尔。受这项工作的启发，上海理工大学光子芯片研究院的科研工作者研发了一种新型的激光光刻技术，用于制造超精细的石墨烯图案，这一发现打破了碳基光刻技术向纳米尺度发展的衍射极限障碍。

据了解，石墨烯的激光直写图案化被广泛应用于多种电学器件的性能突破。在传统的石墨烯图案直写过程中，研究人员通常使用单光束光刻过程驱动氧化石墨烯的光还原，从而形成石墨烯图案。由于光学衍射极限的限制，目前所报道的激光直写石墨烯图案的线宽在微米量级，因此制作超越衍射极限尺度的激光直写石墨烯图案成为光刻领域的巨大挑战。

最近，基于超分辨率荧光显微技术这一诺贝尔奖级成果，有科研工作者报道了一种应用于光刻胶的双光束激光光刻技术，就类似于使用一道“甜甜圈形”的环形光束，来抑制写入光束所触发的光刻胶反应，由此产生线宽超越衍射极限尺度的超精细光刻胶图案。而光子芯片研究院则致力于寻找到一条用于制造超精细石墨烯图案的双光束光刻路径，即控制“甜甜圈形”的石墨烯还原激光光束和“球形”的石墨烯氧化激光光束，用于超精细石墨烯图案的制造。“球形光束负责将激光直写石墨烯转化为氧化态激光直写石墨烯，将激光直写石墨烯的光刻线分裂成两条具有超越衍射极限尺度的光刻线，从而通过双光束光刻实现了最小线宽为90纳米的激光直写石墨烯图案。”陈希解释道。

该工作得到了国家自然科学基金委员会和上海市科委等单位的支持。