تهران شیمی - ساخت نقاط کوانتومی با استفاده از گرافن

کشیدن و شل کردن پوست موجود روی طبل می‌تواند صدای آن را تحت تاثیر قرار دهد، همین ویژگی در گرافن هم وجود دارد به‌نحوی که کشیدن آن موجب تغییر خواص الکتریکی گرافن می‌شود. پژوهشگران موسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا با همکاری همتایان خود در دانشگاه مریلند نشان داد که اگر گرافن در معرض فشار قرار گیرد، همانند تاثیر میدان مغناطیسی، موجب تولید نقاط کوانتومی می‌شود، ماده‌ای نیمه‌هادی که کاربردهای وسیعی در ادوات الکترونیکی دارد.

گرافن ماده‌ای تک لایه از جنس کربن است که دارای هدایت الکتریکی بالایی است از این ماده می‌توان در تولید ترانزیستورهای پرسرعت استفاده کرد. گرافن دارای مقاومت الکتریکی بسیار پایینی است همچنین این ماده فاقد باند گپ می‌باشد، باند گپ فضایی است که در آن الکترون وجود ندارد. فقدان باند گپ موجب شده نتوان از این ماده در ساخت کامپیوترها استفاده کرد.

از آنجایی که زیرلایه موجب کاهش سرعت الکترون‌ها می‌شود، نیکولای کلیموف گرافن را روی حفره‌های موجود در دی‌اکسید سیلیکون کشیده است که با این کار ساختارهایی شبیه طبل ایجاد کرده است. برای اندازه‌گیری خواص گرافن، این تیم تحقیقاتی از میکروسکوپ پیمایشی روبشی (SPM) که در مرکز NIST طراحی شده استفاده کرده است.

نتایج این اندازه‌گیری نشان داد وقتی نوک میکروسکوپ روی سطح گرافن حرکت می‌کند به‌دلیل جاذبه واندروالسی گرافن به‌سمت نوک گرایش پیدا می‌کند که این کار موجب تضعیف نیروی الکتریکی آن می‌شود. شبیه‌سازی‌های محققان نشان می‌دهد که در اثر جاذبه نوک، گرافن کمی به‌سمت بالا آمده که شبیه خیمه‌های سیرک می‌شود.

محققان دریافتند که با استفاده از زیرلایه‌هایی خاص می‌توان ورقه گرافن را به‌سمت زیر هل داد. نتایج کار نشان داد که در این حالت نیز خواص الکتریکی گرافن تغییر می‌کند. این گروه دریافته‌ است وقتی گرافن به‌صورت خیمه در می‌آید آن نقطه‌ای که در راس قرار دارد به‌صورت نقطه کوانتومی عمل می‌کند. این که می‌توان روی گرافن ساختاری مانند نقاط کوانتومی ایجاد کرد از دو جهت اهمیت دارد: سرعت حرکت الکترون و باند گپ، که هر دوی این‌ها برای حوزه محاسبات و دیگر کاربردهای گرافن مهم است.

در حالت عادی برای ایجاد نقطه کوانتومی باید بخش کوچکی از گرافن بریده شود اما در این روش جدید تنها با اعمال فشار روی گرافن این ویژگی بوجود می‌آید.

نتایج این تحقیق در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Electromechanical Properties of Graphene Drumheads در نشریه Science به چاپ رسیده است.