قد يؤدي تطور جديد إلى تسريع استخدام الجرافين في صناعة الإلكترونيات النانوية واستخدامه في العديد من التطبيقات التكنولوجية
طورت دراسة دولية جديدة بمشاركة باحثين من جامعة تل أبيب طريقة جديدة لزراعة شرائح طويلة وضيقة للغاية من الجرافين (مادة مشتقة من الجرافيت)، والتي تستخدم كأشباه موصلات لصالح صناعة الإلكترونيات النانوية. ويعتقد الباحثون أن هذا التطوير يمكن استخدامه في العديد من التطبيقات التكنولوجية بما في ذلك أجهزة التبديل المتقدمة، وأجهزة الإلكترونيات الدورانية، وفي المستقبل حتى للحوسبة الكمومية.
تم إجراء البحث تحت قيادة فريق دولي من الباحثين، بما في ذلك البروفيسور مايكل أورباخ والبروفيسور عوديد هود من مدرسة الكيمياء في كلية ساكلر للعلوم الدقيقةبالإضافة إلى علماء من الصين وكوريا الجنوبية واليابان. ونشرت الدراسة في مجلة الطبيعة.
يوضح البروفيسور أورباخ والبروفيسور هود أن الجرافين هو في الواقع طبقة واحدة من الجرافيت مبنية على شكل قرص عسل من ذرات الكربون. يعتبر الجرافين مناسبًا جدًا للاستخدامات التكنولوجية، لأنه بالإضافة إلى قوته الميكانيكية غير العادية، تم اكتشاف خصائص رائعة أخرى في السنوات الأخيرة للهياكل المصنوعة من عدد صغير من طبقات الجرافين الملتوية مع الموصلية الفائقة، والاستقطاب الكهربائي التلقائي، والتوصيل الحراري المتحكم فيه، والتركيبات الهيكلية. الموصلية الفائقة - الحالة التي تظهر فيها المادة احتكاكًا وتآكلًا لا يذكران.
أحد قيود استخدام الجرافين لاحتياجات صناعة الإلكترونيات هو أنه شبه معدني، مما يعني أنه من ناحية يمكن لحاملات الشحنة التحرك بحرية فيه، ولكن من ناحية أخرى كمية حاملات الشحنة المتاحة للتوصيل فيها منخفضة جداً. ومن ثم، لا يمكن استخدام الجرافين كمعدن موصل أو كمادة شبه موصلة تستخدم في صناعة الرقائق الإلكترونية.
ومع ذلك، إذا تم قطع شريط طويل ورفيع من الجرافين من ورقة جرافين عريضة، فإن حاملات الشحنة الكمومية تكون محصورة في البعد الضيق للورقة، مما يجعلها أشباه موصلات ويسمح باستخدامها في أجهزة التبديل الكمومية. اعتبارًا من اليوم، هناك عدد من العوائق التي تواجه استخدام شرائح الجرافين للأجهزة، من بينها القدرة على نمو صفائح ضيقة وطويلة معزولة عن البيئة.
في الدراسة الجديدة، تمكن الباحثون من تطوير طريقة لتحفيز نمو شرائح الجرافين الضيقة والطويلة والمنتظمة مباشرة بين طبقات المادة العازلة من نيتريد البورون السداسية، بالإضافة إلى إظهار أعلى أداء لأجهزة التبديل الكمي المعتمدة على النباتات المزروعة. شرائط. تم الكشف عن آلية النمو الفريدة من خلال حسابات الديناميكيات الجزيئية المتقدمة التي طورتها مجموعات من الباحثين من إسرائيل. أظهرت هذه الحسابات أن الاحتكاك المنخفض للغاية في اتجاهات نمو معينة داخل بلورة نيتريد البورون يفرض تسطيح بنية الشريط، ويمكّن من نموه إلى أطوال كبيرة ويشكل بيئة نظيفة ومعزولة للشريط المتنامي.
ويرى الباحثون أن هذا التطور يشكل طفرة علمية وتكنولوجية في مجال زراعة شرائح الجرافين الطويلة مباشرة في مصفوفات معزولة، وهو ما من المتوقع أن يفتح الباب أمام أبحاث فرعية تؤدي إلى استخدام هذه الشرائط في صناعة الإلكترونيات النانوية.
يلخص البروفيسور أورباخ والبروفيسور هود: "تكمن أهمية التطور الجديد في أنه، لأول مرة، سيكون من الممكن تنمية وإنتاج أجهزة تحويل إلكترونية نانوية قائمة على الكربون مباشرة داخل مصفوفة معزولة. سيتم استخدام أجهزة من هذا النوع في العديد من التطبيقات التكنولوجية بما في ذلك الأنظمة الإلكترونية والإلكترونيات السبينية وحتى أجهزة الحوسبة الكمومية.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
