طريقة جديدة للتحكم في الخواص المغناطيسية للجرافين

طور باحثون من جامعة ميريلاند طريقة للتحكم في الخواص المغناطيسية لمادة الجرافين، وهي طريقة يمكن أن تؤدي إلى تطبيقات جديدة مهمة في التخزين المغناطيسي والذاكرة.

طور باحثون من جامعة ميريلاند طريقة للتحكم في الخواص المغناطيسية لمادة الجرافين، وهي طريقة يمكن أن تؤدي إلى تطبيقات جديدة مهمة في التخزين المغناطيسي والذاكرة.

الجرافين عبارة عن صفيحة من ذرات الكربون تشبه قرص العسل يبلغ سمكها ذرة واحدة، وهو المكون الأساسي للجرافيت. هذه المادة أقوى بمئتي مرة من الفولاذ، وهي موصلة للكهرباء في درجة حرارة الغرفة بشكل أفضل من أي مادة أخرى معروفة. ويعتبر العلماء أن هذه المادة تتمتع بإمكانات كبيرة، وحتى ثورية، في تطبيقات تكنولوجيا النانو. ولاكتشاف مستحضر هذه المادة، مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2010 لثلاثة علماء.

اكتشف علماء من جامعة ميريلاند في بحثهم أن الذرات المفقودة في الجرافين، والتي تسمى "الفراغات"، تعمل كمغناطيس صغير - فهي تتمتع بعزم مغناطيسي. علاوة على ذلك، تتفاعل هذه العزوم المغناطيسية مع الإلكترونات الموجودة في الجرافين، والتي تحمل شحنة كهربائية، وينتج عن هذا التفاعل زيادة كبيرة في المقاومة الكهربائية عند درجات الحرارة المنخفضة، وهي الظاهرة المعروفة باسم "تأثير كوندو". ونشرت نتائج البحث في المجلة العلمية Nature Physics.

ترتبط هذه النتيجة عادة بإضافة كمية صغيرة من ذرات معدن مغناطيسي، مثل الحديد أو النيكل، إلى معدن غير مغناطيسي، مثل الذهب أو النحاس. ويشير الباحث إلى أن اكتشاف نتيجة كوندو في الجرافين للمساحات الفارغة كان مفاجأة لسببين.

"أولاً، قمنا بدراسة نظام يحتوي على ذرات الكربون فقط، دون إضافة أي شوائب مغناطيسية عادية. ثانيًا، يمتلك الجرافين كثافة إلكترونية منخفضة، وهي خاصية من المتوقع أن تؤدي إلى ظهور تأثير كوندو فقط عند درجات حرارة منخفضة للغاية".

وقام الباحثون بقياس درجة الحرارة المميزة للحصول على نتيجة كوندو في الجرافين ذو المساحات الفارغة ووجدوا أنها تساوي -183.15 درجة مئوية، وهي درجة حرارة مماثلة لتلك التي تم الحصول عليها للمعادن ذات الكثافة الإلكترونية العالية. علاوة على ذلك، بالنسبة للجرافين، يمكن تعديل درجة حرارة كوندو عن طريق تغيير الجهد الكهربائي ببوابة كهربائية - وهي نتيجة غير ملحوظة في المعادن. ويعتقد الباحثون أن هذه الخصائص غير العادية، على الأرجح بسبب حقيقة أن الإلكترونات الموجودة في الجرافين تعمل كما لو كانت عديمة الكتلة، تجعلها أيضًا تتفاعل بقوة مع أنواع معينة من الشوائب، مثل الشواغر، للحصول على نتيجة كوندو قوية بدرجة عالية نسبيًا. درجة حرارة.

ويعتقد الباحث الرئيسي أنه إذا كان من الممكن تنظيم المساحات الفارغة بالطريقة الصحيحة، فمن الممكن أن يصبح الجرافين مغناطيسيًا حديديًا (المغناطيسية الحديدية). ويضيف الباحث: "قد تقترن العزوم المغناطيسية الفردية ببعضها البعض في أعقاب تأثير كوندو، مما سيجبرها على الاصطفاف في نفس الاتجاه". "ستكون النتيجة مادة مغناطيسية حديدية، تشبه الحديد، وتتكون من ذرات الكربون فقط. إن مغناطيسية الجرافين، إذا تم قبولها بالفعل، يمكن أن تؤدي إلى تطوير أنواع مبتكرة من أجهزة الكشف عن وجود المجالات المغناطيسية. بالإضافة إلى ذلك، فإن الجمع بين الخصائص الكهربائية الفريدة للجرافين ومغناطيسيته، يمكن أن يؤدي إلى تطوير تطبيقات مثيرة للاهتمام في مجال الإلكترونيات السبينية، والتي تستخدم العزم المغناطيسي للإلكترون، بدلاً من شحنته الكهربائية، من أجل تمثيل المعلومات. في جهاز كمبيوتر. ويشير الباحث الرئيسي إلى أن "بحثنا يؤدي إلى احتمال وجود "هندسة العيوب" في الجرافين، أي الإزالة الخاضعة للذرات من النقاط المناسبة في الجرافين من أجل الحصول على الخصائص المغناطيسية التي نرغب فيها".

أخبار الدراسة