تغییر رسانایی نانوسیم‌ها با ایجاد نقص ساختاری

محققان آمریکایی دریافتند که با ایجاد نقص ساختاری می‌توان نانوسیم‌های رسانا را تبدیل به عایق کرد. دلیل این امر محدودیت حرکت الکترون‌ها در نانوسیم‌ها بوده که در صورت وجود نقص مسیر حرکت آنها مسدود می‌شود.

محققان آمریکایی دریافتند که با ایجاد نقص ساختاری می‌توان نانوسیم‌های
رسانا را تبدیل به عایق کرد. دلیل این امر محدودیت حرکت الکترون‌ها در
نانوسیم‌ها بوده که در صورت وجود نقص مسیر حرکت آنها مسدود می‌شود.

اتم‌های منفرد می‌توانند خواص الکترونیکی نانوسیم‌های کوانتومی را بهبود
داده یا دچار زوال کنند. آنالیز میکروسکوپی انجام شده در دپارتمان انرژی
آزمایشگاه ملی اوک ریج منجر به دستاوردهایی در این حوزه شده است. محققان در
این پروژه به بررسی چگونگی تاثیر ساختارهای اتمی نانوسیم‌های رسانا در
رفتار الکترونیکی انها پرداختند. نتایج کار پژوهشگران آزمایشگاه ملی اوک
ریج منجر نشان می‌دهد که افزودن یک نقص ساختاری، حتی در حد یک اتم، می‌تواند
نانوسیم‌های رسانا را تبدیل به یک عایق کند. دلیل این امر مسدود شدن مسیر
حرکت الکترون در این ساختارها است.

 
آنینگ لی و همکارانش، از آزمایشگاه ملی اوک ریج‌، از میکروسکوپ تونل زنی روبشی چند
پروبی برای آنالیز نانوسیم‌های ساخته شده از جنس سیلیساید گادولونیوم استفاده کردند.
این سیم یک بعدی یکی از قطعات بنیادین در طراحی الکترونیک کوانتومی است. لی که از
محققان مرکز علم مواد نانوفاز در آزمایشگاه ملی اوک ریج‌ است می‌گوید یکی از مزایای
نانوسیم‌های GdSi2 آن است که این نانوسیم‌ها با فناوری سیلیکون رایج سازگار است
بنابراین به‌راحتی می‌توان آن را در ادوات الکترونیکی امروزی به‌کار گرفت.

این تحقیقات که نتایج آن در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Correlating Electronic
Transport to Atomic Structures in Self-Assembled Quantum Wires در نشریه Nano
Letters به چاپ رسیده است، اولین مطالعاتی است که در آن حرکت الکترون‌ به عناصر
ساختاری نظیر نقص نقطه‌ای یا ناخالصی ارتباط داده می‌شود. لی می‌افزاید زمانی که یک
سیم کوچک می‌شود، حساسیت آن به نقص‌های اتمی افزایش می‌یابد. زمانی که سیم ابعاد
بزرگی دارد، الکترون راهی برای حرکت خود می‌یابد اما با کوچک شدن ابعاد، الکترون
مسیری برای حرکت نخواهد داشت. زمانی که شما چند نقص به ساختار نانوسیم اعمال
می‌کنید، در واقع مسیر حرکت الکترون را مسدود کرده و آن را از یک رسانای الکتریکی
تبدیل به یک عایق کرده‌اید.

هرچند نانوسیم‌ها دچار تغییر رفتار از رسانا به عایق می‌شوند اما اگر چند نانوسیم
با هم در هم آمیخته شوند رفتاری دیگر خواهند داشت. لی می‌گوید اگر چند نانوسیم با
هم ترکیب شوند خواص رسانایی بهتری خواهند داشت.

محققان این پروژه از محاسبات نظری برای تایید و توضیح یافته‌های آزمایشگاهی خود
استفاده کردند. این پروژه توسط مرکز علم مواد نانوفاز در آزمایشگاه ملی اوک ریج‌
مورد حمایت مالی قرار گرفته است. مطالعات نظری این پروژه در دانشگاه کالیفرنیا
انجام شده است.