تكنولوجيا النانو في سرعة الضوء

يقوم الباحثون بضبط خصائص الجرافين، خليفة السيليكون في عالم النانومتر، من خلال زراعته على أسطح مختلفة

اكتشف باحثون من معهد Rensselaer Polytechnic في نيويورك طريقة جديدة للتحكم في طبيعة الجرافين، مما يقرب الأوساط الأكاديمية والصناعة خطوة واحدة من هدف الإنتاج الضخم للإلكترونيات النانوية القائمة على الجرافين. تم اكتشاف مادة الجرافين، وهي عبارة عن ورقة من الكربون يبلغ سمكها ذرة واحدة، في عام 2004، وتعتبر بمثابة خليفة محتمل للسيليكون والنحاس باعتبارها لبنة البناء الأساسية للإلكترونيات النانوية.

وبفضل المساعدة من المواد الأخرى المستخدمة كركيزة، تمكن الباحثون، لأول مرة، من إثبات القدرة على التحكم في طبيعة الجرافين. وتوصل الباحث ساروج ناياك، الأستاذ في قسم الفيزياء والفيزياء التطبيقية وعلم الفلك، مع الباحث فيليب شيميلا، إلى أن كيمياء السطح الذي يترسب عليه الجرافين تلعب دورا رئيسيا في تحديد الخصائص الموصلة للمادة. وتستند النتائج إلى عمليات محاكاة ميكانيكا الكم واسعة النطاق.

تظهر النتائج أنه عندما يتم ترسيب الجرافين على سطح تمت معالجته مسبقًا بالأكسجين، يُظهر الجرافين خصائص شبه موصلة. ومع ذلك، عندما يتم معالجة السطح بالهيدروجين مسبقًا، يُظهر الجرافين خصائص المعدن.

يوضح الباحث: "اعتمادًا على كيمياء السطح الذي يترسب عليه الجرافين، نحن قادرون على التحكم في طبيعة الجرافين من كونه معدنًا إلى شبه موصل". "في الواقع، نحن "نضبط" الخصائص الكهربائية للمادة بحيث تتكيف مع احتياجاتنا."

عادة، عندما يتم إنتاج كومة من هياكل الجرافين النانوية، يكون جزء من الجرافين معدنيًا بينما يكون الباقي شبه موصل. وعلى المستوى الصناعي، يوضح الباحث أنه يكاد يكون من المستحيل فصل هذين النوعين من الجرافين، في حين أن إنتاج أجهزة الجرافين الحديثة سيتطلب وجود نوع واحد فقط من الجرافين - معدني أو شبه موصل. ويقول الباحث إن الطريقة الجديدة لتعديل طبيعة الجرافين هي خطوة أساسية في تحقيق هذا الهدف.

إن موصلية الجرافين الممتازة تجعله مادة مرغوبة للباحثين في مختلف المجالات. حتى في درجة حرارة الغرفة، تتحرك الإلكترونات الموجودة في المادة دون جهد، وبسرعة قريبة من سرعة الضوء وبمقاومة قليلة فقط. وهذا يعني أن الموصل المصنوع من الجرافين يجب أن يظل أكثر برودة من الموصل المصنوع من النحاس بنفس الحجم. فالبرودة هي الأفضل، لأن الحرارة الناتجة عن الموصلات يمكن أن تؤدي إلى تأثيرات سلبية على سرعة حساب المعالج وكفاءة الكمبيوتر ككل.

نُشرت نتائج البحث هذا الشهر في المجلة العلمية Applied Physics Letters في مقال بعنوان "التركيب الإلكتروني وتعديل فجوة نطاق الجرافين عبر كيمياء سطح الركيزة".

الخبر الأصلي للجامعة