کشف راز رسانا بودن دولایه گرافنی
محققان آزمایشگاه ملی لورنس برکلی موفق به کشف خمش جدیدی در ساختار گرافن شدند. نظریه‌ها نشان می‌داد که گرافن دولایه دارای باند گپ بوده اما در عمل این ساختار، رسانا الکتریکی است. محققان نشان دادند که دلیل این تفاوت، وجود خمشی در ساختار گرافن است که موجب هدایت الکتریکی در گرافن می‌شود.
الکترون با سرعت بسیار بالایی نزدیک به سرعت نور می‌تواند در ساختار گرافن حرکت کند این سرعت 100 برابر بیشتر از سرعت حرکت در سیلیکون است. گرافن علاوه بر ویژگی‌های منحصر به فردی نظیر فوق العاده نازک بودن یا سرعت بالای حرکت الکترون، از مزیت‌هایی نظیر انعطاف‌پذیر و مستحکم‌بودن نیز برخوردار است. با داشتن تمام این ویژگی‌ها الکترون تبدیل به ماده جادویی در دنیای الکترونیک و فتونیک شده‌است.
با این تفاصیل گرافن هنوز مشکلاتی برای محققان دارد برای مثال نمی‌توان حرکت الکترون را در آن متوقف کرد، ویژگی که برای خاموش و روشن کردن دستگاه‌ها ضروری است. عدم توقف حرکت الکترون به تک لایه‌ای بودن گرافن باز می‌گردد که موجب شده تا این ماده فاقد باندگپ باشد. باند گپ به محدوده‌ای از انرژی اطلاق می‌شود که در آن محدوده، هیچ تراز انرژی وجود نداشته باشد. بدون باندگپ نمی‌توان هیچ کنترلی روی جریان الکترون داشت و در نتیجه نمی‌توان از پتانسیل‌های گرافن در صنعت استفاده الکترونیک و فتونیک کرد.
برای حل این مشکل محققان آزمایشگاه لورنس موفق به ایجاد یک باندگپ کنترل شده در دولایه‌ای گرافن شدند اما مشکل جدیدی پیش آمد، گرافن دو لایه درصورت قرار گرفتن در یک دستگاه به خوبی کار نمی‌کرد و این موضوع به شکل رازی برای دانشمندان در آمده بود.
نتایج پژوهش اخیر آنها نشان می‌دهد که قرار گرفتن دو لایه گرافن روی هم موجب بروز خمشی در ساختار آن می‌شود که تقریبا 0.1 درجه است. همین 0.1 درجه خمش به شکل عجیبی روی خواص الکترونیکی گرافن تاثیر می‌گذارد. این خمش، ساختار الکترونیکی جدیدی به دولایه‌ای گرافن می‌دهد به طوری که یک فرمیون دیرک بدون جرم در آن ایجاد می‌شود. این فرمیون دیرک بدون جرم موجب می‌شود حتی در میدان‌های الکتریکی بسیار قوی نیز گرافن به صورت عایق در نیاید. بنابراین راز این که دولایه گرافن در تئوری دارای باند گپ است اما در عمل رسانای جریان الکتریسته گشوده شد.
منبع:
http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat3717.html
الکترون با سرعت بسیار بالایی نزدیک به سرعت نور می‌تواند در ساختار گرافن حرکت کند این سرعت 100 برابر بیشتر از سرعت حرکت در سیلیکون است. گرافن علاوه بر ویژگی‌های منحصر به فردی نظیر فوق العاده نازک بودن یا سرعت بالای حرکت الکترون، از مزیت‌هایی نظیر انعطاف‌پذیر و مستحکم‌بودن نیز برخوردار است. با داشتن تمام این ویژگی‌ها الکترون تبدیل به ماده جادویی در دنیای الکترونیک و فتونیک شده‌است.
با این تفاصیل گرافن هنوز مشکلاتی برای محققان دارد برای مثال نمی‌توان حرکت الکترون را در آن متوقف کرد، ویژگی که برای خاموش و روشن کردن دستگاه‌ها ضروری است. عدم توقف حرکت الکترون به تک لایه‌ای بودن گرافن باز می‌گردد که موجب شده تا این ماده فاقد باندگپ باشد. باند گپ به محدوده‌ای از انرژی اطلاق می‌شود که در آن محدوده، هیچ تراز انرژی وجود نداشته باشد. بدون باندگپ نمی‌توان هیچ کنترلی روی جریان الکترون داشت و در نتیجه نمی‌توان از پتانسیل‌های گرافن در صنعت استفاده الکترونیک و فتونیک کرد.
برای حل این مشکل محققان آزمایشگاه لورنس موفق به ایجاد یک باندگپ کنترل شده در دولایه‌ای گرافن شدند اما مشکل جدیدی پیش آمد، گرافن دو لایه درصورت قرار گرفتن در یک دستگاه به خوبی کار نمی‌کرد و این موضوع به شکل رازی برای دانشمندان در آمده بود.
نتایج پژوهش اخیر آنها نشان می‌دهد که قرار گرفتن دو لایه گرافن روی هم موجب بروز خمشی در ساختار آن می‌شود که تقریبا 0.1 درجه است. همین 0.1 درجه خمش به شکل عجیبی روی خواص الکترونیکی گرافن تاثیر می‌گذارد. این خمش، ساختار الکترونیکی جدیدی به دولایه‌ای گرافن می‌دهد به طوری که یک فرمیون دیرک بدون جرم در آن ایجاد می‌شود. این فرمیون دیرک بدون جرم موجب می‌شود حتی در میدان‌های الکتریکی بسیار قوی نیز گرافن به صورت عایق در نیاید. بنابراین راز این که دولایه گرافن در تئوری دارای باند گپ است اما در عمل رسانای جریان الکتریسته گشوده شد.
منبع:
http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat3717.html
نظر شما :