kahrupay
16th March 2014, 09:09 PM
محققان با رشد گرافین بر روی بستری از سیلیکون کارباید و اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی آن به تازگی به این نتیجه رسیده‌اند که گرافین در فواصل کوتاه می‌تواند بدون مقاومت بارهای الکتریکی را از خود عبور دهد.
http://hupaa.com/db/pages/2014/03/12/003/zimg_001_761.jpgالکترون‌ها (نقطه‌های آبی رنگ در تصویر) تقریبا آزادانه در امتداد روبان‌هایی از گرافین (مشکی) حرکت می‌کنند که در سیلیکون کارباید رشد کرده‌اند. (http://www.nature.com/news/graphene-conducts-electricity-ten-times-better-than-expected-1.14676)
فیزیکدانان نانوروبان‌هایی از گرافین را تولید کرده‌اند که حتی برای دلخواه‌ترین شکل از مواد، الکترون‌ها را خیلی بهتر از آنچه در نظریه پیش‌بینی شده از خود عبور می‌دهند. این یافته‌ها می‌تواند باعث شود تا استفاده از گرافین در ابزارهای الکتریکی high-end عملی شود و جایگزینی برای سیلیکون به دست دهد.
در دمای اتاق الکترون‌ها در گرافین سریع‌تر از هر ماده دیگری حرکت می‌کنند. اما روش‌هایی که ورقه‌های گرافین را به روبان‌های باریک برش می‌دهند به سیم‌هایی از مدارهای در مقیاسِ نانو احتیاج دارد که گوشه‌های دندانه دندانه‌ای را به جا بگذارد. این ویژگی جریان الکترون‌ها را دچار اختلال می کند.
هم اکنون تیمی به رهبری والت دو هییر (Walt de Heer) در موسسه فن‌آوری جورجیا در آتلانتا روبان‌هایی را ساخته‌اند که بارهای الکتریکی را در مسافت بیش از 10 میکرومتر بدون هیچ مقاومتی از خود عبور می‌دهند - 1000 برابر بیشتر نسبت به نانوروبان‌های معمولی. این روبان‌ها که توسط تیم هیر ساخته شده در واقع الکترون‌ها را ده برابر بهتر از نظریه‌های استانداردی که برای عبور الکترون‌ها پیشنهاد شده از خود عبور می‌دهند. حرکتِ آزادانه الکترون‌ها در این مواد به این معناست که مدارها می‌توانند سیگنال‌ها را سریع‌تر و بدون مسائل اتلاف حرارتی که نیمه‌هادی‌ها با آن مواجه هستند از خود عبور دهند.
روبان‌ها و لبه‌ها
این تیم، علاوه بر ایجاد لایه‌های پهنی از گرافین و بُرش آنها به صورت روبان، گرافین را بر روی دیواره‌هایی از سیلیکون کارباید نیز رشد دادند، ماده‌ای که در حالِ حاضر به صورت گسترده در صنایع الکترونیکی استفاده می‌شود. این محققان با استفاده از فرایندی که برای اولین بار در سال 2010 مطرح شد ترکیب موردِنظر را تا دمای بیش از 1000 درجه سانتی‌گراد حرارت دادند. اتم‌های سیلیکون سپس تبخیر شده و لایه‌‌ای از گرافین به پهنای 40 نانومتر را ایجاد کردند.
به گفته هییر، این نتایج، که به صورت آنلاین در مجله Natureبه چاپ رسیده، نشان می‌دهد که حرکت الکترون‌ها در لبه‌های روبان خیلی به حرکت نور در فیبرهای نوری شباهت دارد.
فرانسیسکو جینی (Francisco Guinea)، فیزیکدانی نظری از موسسه علوم مواد در مادرید معتقد است شواهد موجود برای این عبور" بالیستیک" بسیار قانع‌کننده است. به گفته او"این تیم هم غشا و هم لایه گرافینی روی آن را برای حدود ده سال جلوتر از زمانِ خود بهبود بخشیدند و اکنون در حال برداشت محصولِ کارِ خود هستند.
جیمز تور(James Tour)، شیمیدانِ‌آلی در دانشگاه رایس در هوستونِ تگزاس، که بر روی نانوروبان‌های گرافینی کار می‌کند می‌گوید این نتایج بسیار "باشکوه" هستند و می‌تواند به عنوان برجسته‌ترین یافته در زمینه گرافین در نظر گرفته شود". این نتایج برای اکثر محققان بسیار امیدوارکننده به نظر می‌رسد.
از سوی دیگر عده‌ای از دانشمندان نسبت به انقلابی بودن این یافته‌ها شک دارند. به گفته آنتونیو کاسترو نِتو (Antonio Castro Neto)، رئیس مرکز تحقیقاتی گرافین در دانشگاه ملی سنگاپور، سال‌ها تلاش و تحقیق نظری نشان داده که در نانوروبان‌ها، بی‌نظمیِ ناشی از ناخالصی‌ها در این ماده رسانایی را از بین خواهد برد. به گفته او محققان با در نظرگرفتن روبان‌های طویل متوجه وجود این اثرات خواهند شد. او همچنین می‌گوید "این اجتناب‌ناپذیر است. متاسفانه گرافین ماده‌ای نیست که بتوان از آن برای کاربرد‌ها دیجیتالی استفاده کرد." او می‌افزاید، درعوض ما مواد نیم‌رسانای جدید مانند فوسفورین‌ها را پیشنهاد می‌دهیم.
این که نانوروبان‌ها چطور در تجربه رسانایی خیلی بیشتری از آنچه در نظریه پیشنهاد شده بود را از خود نشان داده‌اند هنوز یک معماست. دو هییر خیلی مایل نیست درباره چگونگی این حقیقت وارد جزئیات شود. او می‌گوید "تمام آن چیزی که من می‌توانم بگویم ممکن است درباره نقطه شروع باشد- که آنها به سادگی بارهای حامل هستند – که البته ممکن است درست نیز نباشد. به عقیده من اینجا فیزیک متفاوتی حکم‌فرما است". جینی، در مقابل، فکر می‌کند فراخواندن یک فیزیک جدید برای توضیح این نتایج بسیار زودهنگام است.
به گفته آندره فراری (Andrea Ferrari)، سرپرست مرکز گرافین کمبریج در دانشگاه کمبریج بریتانیا، با فرض اینکه این نتایج به اثبات رسیده است، این تیم هم اکنون باید بر روی مسائلی درباره مقیاس‌بندی شکل محصولشان تمرکز کنند. تور همچنین می‌افزاید در دنیای واقعی، مولکول‌های آبِ موجود در هوا می‌توانند به گرافین چسبیده و خواص آن را تغییر دهند. او می‌گوید "این خواص فوق‌العاده خواهند بود، اما آیا به اندازه همان خواص اثبات‌شده باشکوه هستند؟ احتمالا این طور نیست. اما آنها هنوز برای استفاده در ابزارهای مورد نیاز مناسب هستند و من هنوز اشتیاق دارم".
psi.ir
http://hupaa.com/db/pages/2014/03/12/003/zimg_001_761.jpgالکترون‌ها (نقطه‌های آبی رنگ در تصویر) تقریبا آزادانه در امتداد روبان‌هایی از گرافین (مشکی) حرکت می‌کنند که در سیلیکون کارباید رشد کرده‌اند. (http://www.nature.com/news/graphene-conducts-electricity-ten-times-better-than-expected-1.14676)
فیزیکدانان نانوروبان‌هایی از گرافین را تولید کرده‌اند که حتی برای دلخواه‌ترین شکل از مواد، الکترون‌ها را خیلی بهتر از آنچه در نظریه پیش‌بینی شده از خود عبور می‌دهند. این یافته‌ها می‌تواند باعث شود تا استفاده از گرافین در ابزارهای الکتریکی high-end عملی شود و جایگزینی برای سیلیکون به دست دهد.
در دمای اتاق الکترون‌ها در گرافین سریع‌تر از هر ماده دیگری حرکت می‌کنند. اما روش‌هایی که ورقه‌های گرافین را به روبان‌های باریک برش می‌دهند به سیم‌هایی از مدارهای در مقیاسِ نانو احتیاج دارد که گوشه‌های دندانه دندانه‌ای را به جا بگذارد. این ویژگی جریان الکترون‌ها را دچار اختلال می کند.
هم اکنون تیمی به رهبری والت دو هییر (Walt de Heer) در موسسه فن‌آوری جورجیا در آتلانتا روبان‌هایی را ساخته‌اند که بارهای الکتریکی را در مسافت بیش از 10 میکرومتر بدون هیچ مقاومتی از خود عبور می‌دهند - 1000 برابر بیشتر نسبت به نانوروبان‌های معمولی. این روبان‌ها که توسط تیم هیر ساخته شده در واقع الکترون‌ها را ده برابر بهتر از نظریه‌های استانداردی که برای عبور الکترون‌ها پیشنهاد شده از خود عبور می‌دهند. حرکتِ آزادانه الکترون‌ها در این مواد به این معناست که مدارها می‌توانند سیگنال‌ها را سریع‌تر و بدون مسائل اتلاف حرارتی که نیمه‌هادی‌ها با آن مواجه هستند از خود عبور دهند.
روبان‌ها و لبه‌ها
این تیم، علاوه بر ایجاد لایه‌های پهنی از گرافین و بُرش آنها به صورت روبان، گرافین را بر روی دیواره‌هایی از سیلیکون کارباید نیز رشد دادند، ماده‌ای که در حالِ حاضر به صورت گسترده در صنایع الکترونیکی استفاده می‌شود. این محققان با استفاده از فرایندی که برای اولین بار در سال 2010 مطرح شد ترکیب موردِنظر را تا دمای بیش از 1000 درجه سانتی‌گراد حرارت دادند. اتم‌های سیلیکون سپس تبخیر شده و لایه‌‌ای از گرافین به پهنای 40 نانومتر را ایجاد کردند.
به گفته هییر، این نتایج، که به صورت آنلاین در مجله Natureبه چاپ رسیده، نشان می‌دهد که حرکت الکترون‌ها در لبه‌های روبان خیلی به حرکت نور در فیبرهای نوری شباهت دارد.
فرانسیسکو جینی (Francisco Guinea)، فیزیکدانی نظری از موسسه علوم مواد در مادرید معتقد است شواهد موجود برای این عبور" بالیستیک" بسیار قانع‌کننده است. به گفته او"این تیم هم غشا و هم لایه گرافینی روی آن را برای حدود ده سال جلوتر از زمانِ خود بهبود بخشیدند و اکنون در حال برداشت محصولِ کارِ خود هستند.
جیمز تور(James Tour)، شیمیدانِ‌آلی در دانشگاه رایس در هوستونِ تگزاس، که بر روی نانوروبان‌های گرافینی کار می‌کند می‌گوید این نتایج بسیار "باشکوه" هستند و می‌تواند به عنوان برجسته‌ترین یافته در زمینه گرافین در نظر گرفته شود". این نتایج برای اکثر محققان بسیار امیدوارکننده به نظر می‌رسد.
از سوی دیگر عده‌ای از دانشمندان نسبت به انقلابی بودن این یافته‌ها شک دارند. به گفته آنتونیو کاسترو نِتو (Antonio Castro Neto)، رئیس مرکز تحقیقاتی گرافین در دانشگاه ملی سنگاپور، سال‌ها تلاش و تحقیق نظری نشان داده که در نانوروبان‌ها، بی‌نظمیِ ناشی از ناخالصی‌ها در این ماده رسانایی را از بین خواهد برد. به گفته او محققان با در نظرگرفتن روبان‌های طویل متوجه وجود این اثرات خواهند شد. او همچنین می‌گوید "این اجتناب‌ناپذیر است. متاسفانه گرافین ماده‌ای نیست که بتوان از آن برای کاربرد‌ها دیجیتالی استفاده کرد." او می‌افزاید، درعوض ما مواد نیم‌رسانای جدید مانند فوسفورین‌ها را پیشنهاد می‌دهیم.
این که نانوروبان‌ها چطور در تجربه رسانایی خیلی بیشتری از آنچه در نظریه پیشنهاد شده بود را از خود نشان داده‌اند هنوز یک معماست. دو هییر خیلی مایل نیست درباره چگونگی این حقیقت وارد جزئیات شود. او می‌گوید "تمام آن چیزی که من می‌توانم بگویم ممکن است درباره نقطه شروع باشد- که آنها به سادگی بارهای حامل هستند – که البته ممکن است درست نیز نباشد. به عقیده من اینجا فیزیک متفاوتی حکم‌فرما است". جینی، در مقابل، فکر می‌کند فراخواندن یک فیزیک جدید برای توضیح این نتایج بسیار زودهنگام است.
به گفته آندره فراری (Andrea Ferrari)، سرپرست مرکز گرافین کمبریج در دانشگاه کمبریج بریتانیا، با فرض اینکه این نتایج به اثبات رسیده است، این تیم هم اکنون باید بر روی مسائلی درباره مقیاس‌بندی شکل محصولشان تمرکز کنند. تور همچنین می‌افزاید در دنیای واقعی، مولکول‌های آبِ موجود در هوا می‌توانند به گرافین چسبیده و خواص آن را تغییر دهند. او می‌گوید "این خواص فوق‌العاده خواهند بود، اما آیا به اندازه همان خواص اثبات‌شده باشکوه هستند؟ احتمالا این طور نیست. اما آنها هنوز برای استفاده در ابزارهای مورد نیاز مناسب هستند و من هنوز اشتیاق دارم".
psi.ir