اولين نمونه مصنوعي گرافن توليد شد

به گزارش سرويس علمي ايسنا، پژوهشگران آمريکايي موفق شدند اولين نمونه مصنوعي از گرافن را توليد کنند که داراي خواص الکترونيکي خاصي است، به‌ طوري که مي‌توان گرافن را به شکلي که در حالت طبيعي امکان‌پذير نيست، کنترل کرد. از اين نمونه مي‌توان براي مطالعه خواصي موسوم به فرميون‌هاي ديرک استفاده کرد که به گرافن خواص الکترونيکي ويژه‌اي اعطا مي‌کند. با اين کار مي‌توان نسل جديدي از مواد کوانتومي و ادواتي با رفتارهاي عجيب توليد کرد.

گرافن ماده‌اي است از جنس کربن که داراي شبکه لانه زنبوري است. پژوهشگران مي‌دانند که الکترون در اين ماده به ‌صورتي حرکت مي‌کند که گويي جرم نداشته و سرعت آن نزديک سرعت نور است. به اين ذرات، فرميون‌هاي ديرک بي‌جرم گفته مي‌شود که رفتارشان مي‌تواند براي مصارف مختلف به‌ کار گرفته شود. براي مثال مي‌توان از آنها در ترانزيستورهاي بسيار سريع استفاده کرد.

اين مولکول گرافن جديد داراي ساختاري بسيار شبيه گرافن طبيعي است، با اين تفاوت که خواص الکترونيکي آن به ‌راحتي قابل کنترل است. براي ساخت اين مولکول بايد از ميکروسکوپ تونل‌زني روبشي مجهز به نوک ايريديوم استفاده کرد، به ‌طوري که در دماي پايين مولکول‌هاي منوکسيد کربن روي بستر صافي از مس قرار مي‌گيرد. منوکسيد کربن، الکترون‌هاي آزاد در حال حرکت را روي سطح مس دفع کرده و آنها را وادار مي‌کند تا به ‌صورت الگويي لانه‌زنبوري در آيد، چنين الکترون‌هايي به شکل الکترون‌هاي بدون جرم گرافن عمل مي‌کنند.

«مانوهاران» از محققان اين پروژه مي‌گويد: ما به اندازه‌گيري هدايت الکترون‌هايي که از درون اين ماده عبور مي‌کنند، نشان داديم که اين الکترون‌ها فرميون‌هاي ديرک بدون جرم هستند. ما نشان داديم که اين نتايج با معادله ديرک دو بعدي قابل توجيه است، در حالي که معادله شرودينگر جوابگو نيست.

پژوهشگران با تغيير محل مولکول‌هاي منوکسيد کربن روي سطح مس توانستند خواص الکترون را در مولکول گرافن تنظيم کنند. تغيير محل مولکول‌هاي منوکسيد کربن موجب کج شدن ساختار شبکه گرافن شده، به ‌صورتي که اين ماده در چند جهت کشيده مي‌شود. محققان با اعمال نقص يا ناخالصي در اين سيستم، دانسيته الکترون‌ها را روي سطح مس تنظيم کردند.

اين اولين باري است که مولکول گرافن با اين نوع طراحي ساخته مي‌شود، محققان اميدوارند که بتوانند ديگر نانوساختارها را نيز با اين روش توليد کنند.

نتايج اين تحقيق در نشريه «Nature» به چاپ رسيده است.