اهمیت بالای نقایص بلوری در گرافن‌ها نسبت به حفرات موجود در آنها در انتقال بار

برای بارهای الکتریکی که از یک صفحه گرافن به ضخامت یک اتم عبور می‌کنند، پستی و بلندی‌ها مانع عمده‌ای محسوب نمی‌شوند، اما دست‌اندازهایی که در اثر نقص شبکه‌ای (نقص اتم‌ها در شبکه) ایجاد شده‌اند، از عبور جریان به میزان زیادی جلوگیری می‌کنند.

برای بارهای الکتریکی که از یک صفحه گرافن به ضخامت یک اتم عبور می‌کنند،
پستی و بلندی‌ها مانع عمده‌ای محسوب نمی‌شوند، اما دست‌اندازهایی که در اثر
نقص شبکه‌ای (نقص اتم‌ها در شبکه) ایجاد شده‌اند، از عبور جریان به میزان
زیادی جلوگیری می‌کنند.

این یکی از نتایجی است که محققان موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) و
موسسه فناوری جورجیا به آن دست یافته‌اند. این محققان به منظور درک چگونگی
تأثیرگذاری نقایص شبکه‌ای در بلور دوبعدی کربن بر نحوه عبور جریان از این
ماده، نقشه‌ای دقیق از الگوهای تداخلی الکترونی در گرافن رسم کردند. نتایج
این تحقیق در شماره ۱۳ جولای مجله Science منتشر شده است.

گرافن در حقیقت یک نانولوله کربنی پیچیده نشده است و برخی از ویژگی‌های
منحصر به فرد نانولوله‌ها را نیز با خود دارد. یکی از مهم‌ترین این
ویژگی‌ها رسانایی پرتابه‌ای است که به معنی عبور الکترون‌ها با سرعت بالا
از این ماده بدون هرگونه‌ای برخوردی با اتم‌های دیگر بلور است (همانند عبور
فوتون‌ها از خلأ). این ویژگی گرافن را به ماده‌ای با قابلیت استفاده به
عنوان سیم یا عناصر دیگر در نانوالکترونیک مبدل می‌سازد.

با این حال نقایص یا بی‌نظمی‌هایی که در بلور گرافن وجود دارند باعث
می‌شوند الکترون‌ها به سمت عقب پس زده شده یا پراکنده شوند (شبیه مقاومت
الکتریکی در رساناهای معمولی). بنابراین یکی از مسائل کلیدی این است که چه
نوع نقایصی و به چه میزان باعث این نوع پراکندگی می‌گردند.

برای پاسخ به این سوال، تیم تحقیقاتی ذکر شده لایه‌هایی از گرافن را روی
ویفرهایی از بلور کربید سیلیکون رشد داده و نقشه این صفحات را توسط یک
میکروسکوپ تونلی روبشی مخصوص رسم نمودند. این میکروسکوپ خاص می‌تواند نقشه
فیزیکی سطح را همراه با الگوهای تداخلی ایجاد شده توسط پراش الکترون‌ها به
صورت همزمان رسم نماید.

نتیجه این بود که پستی و بلندی‌های بزرگ موجود در سطح گرافن که در اثر وجود
این ناهمواری‌ها در سطح زیرین (بستر کربید سیلیکونی) ایجاد شده بودند،
تأثیر زیادی در عبور جریان از این صفحات نداشتند، اما دست‌اندازهای کوچک
ناشی از نقص اتم‌ها در شبکه بلوری مانع عمده‌ای در عبور جریان محسوب شده و
باعث پراکندگی الکترون‌ها می‌شدند.