محققان شکل جدیدی از ساختار گرافن با خواص منحصر به‌فرد را ارائه کردند

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، محققان سراسر جهان در حال جستجوی مواد مصنوعی جدید با ویژگی‌های خاص مانند ابررسانایی هستند. این مواد جدید می‌توانند تاثیر مهمی در توسعه الکترونیک کم‌مصرف داشته باشند. ماده اولیه اغلب این مواد مصنوعی جدید، گرافن است.

محاسبات نظری پیش‌بینی می‌کند که ترکیبی با نام گرافن کاگومه، باید دارای ویژگی‌های کاملاً متفاوتی نسبت به گرافن معمولی باشد. گرافن کاگومه از الگوی منظم شش ضلعی و مثلث متساوی‌الاضلاع تشکیل شده‌است که یکدیگر را احاطه کرده‌اند. نام کاگومه از هنر قدیمی ژاپنی بافندگی کاگومه گرفته شده است که در آن سبد‌هایی به این شکل بافته می‌شوند.

محققان گروه فیزیک و موسسه علوم نانو سوئیس در دانشگاه بازل، با همکاری دانشگاه برن، گرافن کاگومه را برای اولین بار تولیدکرده و مورد مطالعه قرار داده‌اند. نتایج این پروژه در نشریه Angewandte Chemie به چاپ رسیده است. این بررسی‌های محققان نتایج امیدوار‌کننده‌ای ارائه داده است که به ویژگی‌های الکتریکی یا مغناطیسی غیرمعمول این نانوساختار اشاره دارد.

برای تولید گرافن کاگومه، این تیم با استفاده از لایه‌نشانی بخار، پیش ماده‌ای را به یک زیرلایه از جنس نقره افزوده و سپس آن را گرم کردند تا یک واسطه آلی فلزی روی سطح فلز تشکیل شود. گرمایش بیشتر گرافن کاگومه را تولید می‌کند که منحصراً از اتم‌های کربن و نیتروژن ساخته شده و از همان الگوی منظم شش ضلعی‌ها و مثلث‌ها برخوردار است.

این گروه تحقیقاتی دانشگاه بازل برای اولین بار یک ترکیب گرافنی ساخته شده از اتم‌های کربن و چند اتم نیتروژن تولید کردند که یک شبکه منظم از شش ضلعی‌ها و مثلث‌ها را تشکیل می‌دهد. این شبکه لانه زنبوری شکل و به اصطلاح کاگومه مانند نیمه‌هادی‌ها رفتار می‌کند و همچنین می‌تواند ویژگی‌های الکتریکی غیرمعمولی داشته باشد. در آینده، ممکن است از این نانوساختار در حسگر‌های الکترونیکی یا کامپیوتر‌های کوانتومی استفاده شود.

دکتر رمی پاولک، از محققان این پروژه می‌گوید: «ما برای بررسی خواص ساختاری و الکترونیکی شبکه کاگومه از میکروسکوپ‌های تونل‌زنی و نیروی اتمی استفاده کردیم. با استفاده از این نوع میکروسکوپ، محققان می‌توانند ویژگی‌های ساختاری و الکتریکی مواد را با استفاده از یک نوک کوچک بررسی کنند.»

با انجام این کار، محققان مشاهده کردند که یک گروه از الکترون‌های خاص، که با اعمال ولتاژ الکتریکی انتخاب می‌شوند، بین مثلث‌ها در شبکه بلوری گرافن کاگومه، به دام می‌افتند. این رفتار به وضوح گرافن کاگومه را از گرافن معمولی متمایز می‌کند، جایی که الکترون‌ها در حالت‌های مختلف انرژی در شبکه توزیع می‌شوند.

پروفسور ارنست مایر، رهبر گروهی که این پروژه در آن انجام شده‌است، می‌گوید: «متمرکز شدن الکترون‌ها در یک محدوده مشخص که در گرافن کاگومه دیده می‌شود بسیار مطلوب و دقیقاً همان چیزی است که ما بدنبال آن بودیم. این کار باعث ایجاد برهم‌کنش قوی بین الکترون‌ها می‌شود و به نوبه خود، این برهم‌کنش زمینه را برای پدیده‌های غیرمعمول مانند هدایت بدون مقاومت فراهم می‌کند.»

تجزیه و تحلیل‌ها نشان داد که گرافن کاگومه دارای ویژگی‌های نیمه رسانا است، به عبارت دیگر، رسانایی آن می‌تواند مانند ترانزیستور روشن یا خاموش شود. به این ترتیب، گرافن کاگومه تفاوت قابل توجهی با گرافن دارد، گرافنی که رسانایی آن به راحتی روشن و خاموش نمی‌شود.