اكتشف فريق من الباحثين من جامعة رايس القدرة على "نزع" ذرات الهيدروجين من طبقة ثنائية الأبعاد من الجرافين، وهو اكتشاف سيعزز بالتأكيد مجالات النشاط المبتكرة لاستخدام مثل هذا الجرافين كنقاط كمومية.
الجرافين هو المادة المفضلة لدى الفيزيائيين للمواد في طليعة العلوم، والباحثون في جامعة رايس في طليعة هذه الجبهة.
اكتشفت مجموعة الباحثين، بقيادة بوريس ياكوبسون، أستاذ الهندسة الميكانيكية وعلوم المواد والكيمياء، القدرة على "نزع" ذرات الهيدروجين من طبقة ثنائية الأبعاد من الجرافين، وهو اكتشاف سيعزز بالتأكيد مجالات النشاط المبتكرة استخدام الجرافين مثل النقاط الكمومية.
يفتح هذا الاكتشاف نافذة على عالم جديد من الاحتمالات لأنواع المكونات الإلكترونية النانوية على أصغر نطاق، وهي المكونات التي تعتمد على خصائص أشباه الموصلات التي يتم التحكم فيها بشكل كبير للنقاط الكمومية، خاصة في مجال البصريات المتقدمة.
تم نشر نتائج البحث في المجلة العلمية ACS Nano، عندما تم اختيار جامعة رايس مؤخرًا كمؤسسة رائدة في أبحاث علوم المواد من قبل مجلة بريطانية.
يتحول الجرافين، مع إضافة ذرات الهيدروجين إلى كلا الجانبين، من موصل إلى عازل. على الرغم من أن سمك المادة هو ذرة واحدة، إلا أن الجرافين يوفر العديد من الاحتمالات لتغيير خصائصه شبه الموصلة.
النقاط الكمومية (نقاط الكم، مدخل ويكيبيديا) عبارة عن جسيمات بلورية تتكون من عدد قليل إلى العديد من الذرات، والتي تتفاعل مع الضوء والمجالات المغناطيسية بطرق فريدة. حجم النقطة يحدد فجوة القضبان - أو بكلمات بسيطة - مقدار الطاقة اللازمة لإغلاق الدائرة الكهربائية - ويمكن تعديله بمستويات دقيقة للغاية. إن ترددات الضوء (والطاقة) المنبعثة من النقاط النشطة تجعلها مفيدة بشكل خاص لأجهزة الاستشعار الكيميائية والخلايا الشمسية والتصوير الطبي والدوائر الكهربائية النانوية.
وقام الباحثون بالحساب ووجدوا أن إزالة "جزر" ذرات الهيدروجين من جانبي الجرافين ستؤدي إلى الحصول على مجمعات لها خصائص النقاط الكمومية، وهو اكتشاف يمكن أن يؤدي أيضًا إلى تطوير مصفوفات من النقاط لتطبيقات عديدة ومتنوعة.
يقول الباحث: "لقد توصلنا إلى هذه الأفكار من خلال دراسة منفصلة تمامًا لتخزين الطاقة على شكل امتزاز ذرات الهيدروجين في الجرافين". "أدرك الباحثون في المجموعة أن هذه المرحلة الانتقالية - من توصيل الجرافين إلى الجرافين العازل، المصحوبة بالانتقال من "المعدن" إلى العازل، توفر مجموعة مبتكرة من التطورات في هندسة النانو."
كشفت الدراسة عن العديد من الميزات المثيرة للاهتمام. ووجد الباحثون أنه عند إزالة "كتل" من هيدروجين الشبكة الفرعية، فإن المركب المتبقي موجود دائمًا كبنية سداسية، مع خط واجهة واضح بين نوعي الجرافين. ويقولون إن هذه النتيجة مهمة لأنها تؤدي إلى استنتاج مفاده أن كل نقطة مقيدة للغاية؛ تظهر الحسابات أن هناك القليل جدًا من "تسرب" الشحنة إلى المادة المضيفة (الجرافان).
يوضح الباحث: "تحصل على طيف يشبه الذرة داخل المادة، ومن ثم يمكن تغيير فجوة النطاق عن طريق تغيير حجم البقعة". "وهكذا، في النهاية، يمكن تعديل الخصائص البصرية للمادة."
ويشير الباحث إلى أنه إلى جانب التطبيقات البصرية، قد تكون النقاط مفيدة للاستشعار ذو الطول الموجي الواحد وقد تؤدي إلى تطوير ترانزستورات وأشعة ليزر صغيرة جدًا من أشباه الموصلات.
لا تزال هناك تحديات مثل فهم كيفية صنع مصفوفات من النقاط الكمومية في ورقة الجرافين، لكن الباحثين لا يعتقدون أنه لا يمكن التغلب على هذه المطبات.
تعليقات 2
هذه أخبار رائعة. وهو أقل في عالم الكيمياء وأكثر في عالم الليزر وأشباه الموصلات. تعد نقاط النانو أكثر أو أقل مجالًا سخونة في SSD اليوم.
والسؤال هو هل مثل هذه الأخبار مثيرة للاهتمام لعامة الناس وتستحق النشر؟ ليست كل الأخبار الجديدة في عالم الكيمياء رائعة. لكن أعتقد أنه لا يضر النشر.