کشف ویژگی جدید گرافن

گروهی از فیزیک‌دان‌های آمریکایی ویژگی جدید و منحصربه‌فردی در مورد گرافن یافته‌اند. آنها نشان داده‌اند که اگر گرافن را در جهت خاصی بکشیم، الکترون‌های آن جوری رفتار می‌کنند که انگار در یک میدان مغناطیسی قوی قرار دارند.


نتایج همایش نهایی پروژه NanoCap

گروهی از فیزیک‌دان‌های آمریکایی ویژگی جدید و
منحصر به ‌فردی در مورد گرافن یافته‌اند. آنها نشان داده‌اند که اگر گرافن را
در جهت خاصی بکشیم، الکترون‌های آن جوری رفتار می‌کنند که انگار در یک
میدان مغناطیسی قوی قرار دارند. از این پدیده که قبلاً به صورت تئوری
پیش‌بینی شده بود، می‌توان در تولید گیج‌های کششی یا حتی ترانزیستورها و
قطعات اُپتوالکترونیکی بهره برد.

مایکل کرومی و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا در برکلی و آزمایشگاه‌های ملی
لورنس برکلی زمانی که تلاش داشتند لایه‌ای از گرافن را روی سطح یک بلور
پلاتین رسوب دهند، این ویژگی را کشف کردند. به‌نظر می‌رسد اتم‌های کربن
گرافن به‌خوبی با ساختار بلوری مثلثی پلاتین جفت و جور نمی‌شوند. کشش ایجاد
شده در ساختار گرافن موجب می‌شود ساختارهای سه‌وجهی کوچکی از سطح بیرون
بزنند.

 

 

این نانوحباب‌های گرافنی حدود 4 تا 10 نانومتر طول و 2
نانومتر ارتفاع دارند. چون این ساختارها بسیار کوچک هستند، الکترون‌های
درون هر یک از آنها، بر خلاف الکترون‌های گرافن عادی که باندهای انرژی
پیوسته‌ای را اشغال می‌کنند، در سطوح انرژی مجزایی قرار می‌گیرند. این سطوح
انرژی مجزا یا سطوح Landau شبیه سطوحی هستند که الکترون‌هایی که در یک مسیر
دایره‌ای در یک میدان مغناطیسی به شدت 300 تسلا در حرکت هستند، اشغال
می‌کنند.

این محققان رفتار الکترونی جدید را توسط میکروسکوپ تونلی روبشی (STM) که
می‌تواند حالت‌های انرژی الکترون را در نواحی بسیار کوچک روی سطح گرافن
تشخیص دهد، مشاهده کردند.

یکی از دلایل حرکت الکترون‌ها در مسیر چرخشی می‌تواند به چگونگی تغییر
فاصله میان اتم‌های کربن در اثر فشار وارد شده مربوط باشد. اگر کشش گرافن
به شکل مناسبی صورت گیرد، این تفاوت‌ها ترکیب شده و الکترون‌ها را وادار
می‌کند که شبیه قرار گرفتن در یک میدان مغناطیسی، در یک مسیر دایره‌ای حرکت
نمایند.

میدان مغناطیسی مجازی
کرومی می‌گوید مطالعه بیشتر روی این اثر می‌تواند از دو جهت مفید باشد.
«اول اینکه راهی برای مطالعه فیزیک الکترون‌های گرافن که در میدان مغناطیسی
قوی قرار گرفته‌اند، باز می‌کند؛ لازم به ذکر است که این کار در آزمایشگاه
امکان‌پذیر نیست». در حقیقت میدان مغناطیسی مجازی که الکترون‌ها تجربه
می‌کنند، 10 برابر قوی‌تر از شدیدترین میدان پایداری است که تاکنون در
آزمایشگاه حاصل شده است.

او می‌افزاید: «دومین مزیت این کار این است که می‌توانیم با استفاده از این
اثر ویژگی‌های الکترونی گرافن را از طریق کشیدن گرافن در جهت‌های مشخص
تغییر دهیم».

جزئیات این کار در مجله Science منتشر شده است.