محققان به کنترل گرافین دو بعدی نزدیکتر می‌شوند

دستگاهی که در حال حاضر این مطلب را به شما نمایش می‌دهد، نتیجه انقلاب سیلیکونی است. برای ساخت مدارهای الکترونیکی مدرن، محققان قابلیت‌های رسانایی جریان سیلیکون را از طریق ناخالص‌سازی کنترل می‌کنند. به عبارت دیگر آن‌ها میزان الکترون‌ها و یا ذرات باردار با بار مثبت را درون اجرام بررسی می‌کنند. این کار به آن‌ها اجازه می‌دهد تا جریان الکتریسیته را کنترل کنند و الکترون‌ها را – که معروف به ناخالصی هستند- درون شبکه اتمی سه بعدی تنظیم و کنترل کنند.

شبکه سه بعدی سیلیکون برای نسل بعدی لوازم الکترونیکی بسیار بزرگ است. این قطعه شامل ترانزیستورهای بسیار نازک، دستگاه‌های جدید برای برقراری ارتباط نوری و حسگرهای زیستی انعطاف‌پذیر است که می‌توانند پوشیده و یا حتی در بدن انسان کاشته شوند. برای کاهش وزن این قطعات، محققان در تلاشند تا از موادی مانند گرافین استفاده کنند که ضخامتی کمتر از یک ورقه اتم دارند. اما روش آزمایش شده برای ناخالص‌سازی سیلیکون سه بعدی به کمک گرافین دو بعدی که از یک لایه اتم کربن تشکیل می‌شود، به‌طور معمول قادر به هدایت جریان نیست و نیاز به اعمال تغییرات دارد.

محققان پیش از این تلاش داشتند تا با استفاده از «پوسته انتقال بار» این مسئله را برطرف سازند. در این روش می‌توان با استفاده از پوسته، الکترون‌ها را از درون گرافین بیرون کشید. اما این روش نیز چندان کارآیی نداشت.

اکنون مطالعه جدیدی در مجله «نیچر» راه بهتری را پیشنهاد می‌کند. یک تیم بین رشته‌ای از محققان به سرپرستی «جیمز هاون» و «جیمز تهرانی» در دانشگاه کلمبیا و «وون جونگ یو» در دانشگاه سونگ کیونگ کوان در کره، یک روش برای ناخالص‌سازی گرافین از طریق یک پوسته انتقال بار ساخته شده از «اکسی سلنید تنگستن» یا TOS با ناخالصی کم بدست آورده‌اند.

وقتی TOS روی گرافین قرار می‌گیرد، گرافین پر از سوراخ‌های رسانای الکتریسیته می‌شود. رسانایی این سوراخ‌ها را می‌توان با افزودن چند لایه اتمی از TOS بین گرافین – با هدف کنترل بهتر خواص رسانایی الکتریسیته مواد – تنظیم کرد.

محققان دریافتند که تحریک گرافین به روش جدید آن‌ها، موثرتر از تلاش‌های قبلی بوده است. این نوع از تحریک، سبب می‌شود تا گرافین رسانایی الکتریکی بیشتری نسبت به فلزات، حتی فلزات بسیار رسانا مانند مس و طلا بدست آورد.

هاون گفت: «این یک روش جدید برای تنظیم خواص گرافین برحسب نوع تقاضا است. ما به تازگی شروع به کشف امکانات این تکنیک جدید کرده‌ایم.»

محققان امید دارند بتوانند در آینده با تغییر الگوی TOS، خواص الکتریکی گرافین را نیز تغییر دهند. این تیم همچنین در حال تحقیق روی ادغام ناخالصی‌ها در دستگاه‌های فوتونیک با کاربرد در سیستم‌های مخابراتی و کامپیوترهای کوانتومی است.