هل الجرمانيوم أسرع من الجرافين؟

طور باحثون من جامعة ولاية أوهايو (كولومبوس) طريقة جديدة لتكديس الجرمانيوم على طبقات أحادية الذرة بكفاءة أفضل بعشر مرات مقارنة بالسيليكون، مع إنشاء بديل أبسط لإنتاج مواد الجيل التالي، مثل الجرافين.

وقال البروفيسور جوشوا جولدبرجر من جامعة ولاية أوهايو (كولومبوس): "لقد تمكنا من إنتاج ما يعادل الجرافين من مادة الجرمانيوم - طبقات أحادية مع ذرات الهيدروجين في الأطراف، تمامًا مثل مادة الجرافين، فقط طريقتنا أبسط بكثير". "في هذه العملية، تمكنا أيضًا من تحويل المادة لتشمل فجوة نطاق مباشرة، مما يسمح لها بأن تكون مناسبة للتطبيقات البصرية."

يدعي الباحث جولدبرجر أنه أول من نجح في تصنيع شبكات بلورية نظيفة على مقياس ملليمتر من الجرمانيوم توجد في نهاياتها ذرات الهيدروجين (GeH) من تفريغ ملح الصوديوم (CaGe2)، للحصول على منتج المقابلة لمادة الجرافين التي توجد في نهاياتها ذرات الهيدروجين (CH ). ويضيف الباحث ويوضح أن المادة الجديدة المسماة "جرمانان" تعادل نسخة الجرافين أحادية الطبقة، وهو تكوين يعرف باسم "الجرافان".
وبعيداً عن أن المادة الجديدة تعتمد على ذرات الجرمانيوم بدلاً من ذرات الكربون، كما في حالة الجرافين، فإن الاختلاف الأكبر بين المادتين هو أن الجرمانان سيكون تحضيره أسهل باستخدام معدات الإنتاج السائدة في صناعة أشباه الموصلات من الجرافين. .

ويتوقع الباحثون أن تكون المادة الجديدة مفيدة في إنتاج الأجهزة الإلكترونية البصرية المتقدمة وأجهزة الاستشعار للجيل القادم، وذلك في ضوء أن الحسابات تتنبأ بأن حركة الإلكترون داخلها ستكون أفضل بخمس مرات من حركة الجرمانيوم نفسه ( وأعلى بعشر مرات من السيليكون) وأن المادة سيكون لها فجوة نطاقية تبلغ 1.53 إلكترون فولت (أعلى قليلاً من مادة زرنيخيد الغاليوم).

لقد أثبت الباحثون في مجال الجرافين بالفعل أن الخصائص الإلكترونية للطبقات الأحادية المكونة من أشباه الموصلات أفضل من تلك الخاصة بالمادة الأصلية، وهو اكتشاف أدى إلى العديد من الجهود العلمية لإعداد طبقات أحادية من هياكل بلورية إضافية. يتم تحقيق القدرة الأعلى على نقل الشحنة الكهربائية من خلال الطوبولوجيا المسطحة للغاية، ولكن من خلال ربط الروابط المختلفة (المجموعات الكيميائية) بهذه الطبقات الأحادية، سيكون من الممكن استخدام هذه المواد الرقيقة للغاية أيضًا في التطبيقات الأكثر حساسية، مثل التطبيقات المتقدمة والفعالة استشعار أسرع.

كان الجرمانيوم المادة الأولى المستخدمة في صناعة الترانزستورات في عام 1947 عندما اخترعتها مختبرات بيل. منذ ذلك الاكتشاف، أصبح السيليكون المادة المفضلة في صناعة أشباه الموصلات، على الرغم من أن الجرمانيوم تمتع بعودة الظهور في السنوات الأخيرة في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بدءًا من أجهزة الإرسال الرقمية سريعة الاستجابة وانتهاءً بأجهزة الكشف الضوئية التناظرية.

حاول باحثون آخرون أيضًا إنتاج الجرمانيوم في شكل طبقات أحادية رقيقة بسمك ذرة واحدة، لكنهم واجهوا نفس المشكلات التي نشأت في إنتاج طبقات أحادية من الجرافين - أي عدم القدرة على الحصول على شبكات بلورية مثالية عبر كامل سطح المادة. الركيزة. ومن أجل حل هذه المشكلة، قام الباحث غولدبرغ بإدخال ذرات الكالسيوم بين الطبقات الأحادية المنفصلة للجرمانان، وبالتالي تمكين إنتاجها على نطاق واسع. وفي الخطوة التالية، قام بإخراج ذرات الكالسيوم إلى الخارج و"إغلاق" الثقوب التي تكونت في البلورة نتيجة إدخال ذرات الهيدروجين، وذلك لمنع المادة من التأكسد. وبفضل هذه العملية، تمكن الباحثون من "تقشير" الطبقات الأحادية الألمانية واستخدامها لإجراء التجارب.

ويعتزم الباحثون في الخطوة التالية إنتاج أجهزة ملموسة مكونة من المادة الجديدة بالإضافة إلى إجراء تجارب على جزيئات أخرى سيتم إدخالها في نهايات الطبقات والتي سيتم استخدامها كمواد عازلة مع تحديد خصائصها الإلكترونية والبصرية. . وفي المرحلة الحالية، تكون المادة مستقرة حتى درجة حرارة 75 درجة مئوية، ويأمل الباحثون أيضًا في تحسين هذه القيمة بحيث يمكن استخدام المادة الجديدة في مجموعة متنوعة من التطبيقات.

الخبر الأصلي عن الدراسة