گرافن، ماده‌ای متفاوت

اخیراً یک گروه تحقیقاتی بین‌المللی دریافتند که بیشترین تحرک‌پذیری الکترونی در بین همه مواد، مربوط به گرافن (صفحات دوبعدی بسیار نازک کربنی به ضخامت تنها یک اتم) است، که بسیار بیشتر از سایر مواد؛ از قبیل ایندیوم آنتی موان، مواد سیلیکونی یا آرسنید گالوم و حتی نانولوله‌های کربنی است، لذا می‌توان آن را مناسب‌ترین ماده در ساخت دستگاه‌های الکترونیکی دانست.

یکی از راه‌های کوچک‌تر و سریع‌تر کردن ابزارهای نیمه‌رسانا، استفاده از
موادی است که تحرک‌پذیری ذاتی الکترون(معیار سهولت حرکت الکترون در یک
ماده) در آنها بالا باشد، به همین دلیل هم تاکنون از موادی مانند سیلیکون و
آرسنید گالیوم ـ به‌ترتیب با تحرک‌پذیری‌های ۱۵۰۰ و ۸۵۰۰ Vs/2Cm ـ‌ استفاده
می‌شد.

اما اخیراً یک گروه تحقیقاتی بین‌المللی( شامل جمعی از محققان روسی،
انگلیسی، هلندی و آمریکایی در یک پروژه تحقیقاتی مشترک ـ برخلاف آنچه
تاکنون تصور می‌شد که هر چه ماده‌ای نازک‌تر باشد آلودگی آن بیشتر شده، از
رسانش آن کاسته می‌شود ـ دریافتند که بیشترین تحرک‌پذیری الکترونی در بین
همه مواد، مربوط به گرافن(صفحات دوبعدی بسیار نازک کربنی به ضخامت تنها یک
اتم) با رقمی حدود Vs/2Cm 200000 است، که بسیار بیشتر از سایر مواد؛ از
قبیل ایندیوم آنتی موان، مواد سیلیکونی یا آرسنید گالوم و حتی نانولوله‌های
کربنی است، لذا می‌توان آن را مناسب‌ترین ماده در ساخت دستگاه‌های
الکترونیکی دانست.

آنها با بررسی تحرک‌پذیری الکترونی گرافن و اندازه‌گیری آن برحسب دما،
دریافتند که اگر چه گرافن ماده‌ کاملاً یک‌دستی نیست و صفحات آن موج‌دار
است؛ حتی بالا رفتن دما و افزایش ارتعاش این صفحه‌ها ـ که در سایر مواد
موجب پراکندگی الکترون‌ها و پایین آمدن تحرک‌پذیری می‌شود ـ تأثیری بر
تحرک‌پذیری ندارد؛ بنابراین تنها ماده‌ای است که در دمای اتاق هم
الکترون‌های آن بدون هیچ گونه پراکندگی و اتلاف انرژی فواصل طولانی بین
اتمی(طولانی‌تر از فواصل مشابه در نیمه‌رساناهای متداول موجود) را
می‌پیمایند. به عقیده این دانشمندان در صورت زدودن ناخالصی‌های گرافن و
یک‌دست شدن صفحات آن، تحرک‌پذیری آن می‌تواند از این مقدار هم فراتر رود؛
اگرچه در عمل(مگر در تحقیقات بنیادی) به بیش از این مقدار نیازی نخواهد
بود.

همچنین با توجه به این تحقیق امکان ساخت ابزارهایی در محدوده فرکانسی
تراهرتز فراهم می‌شود. تابش‌های تراهرتز به‌جز فلزات از هر ماده‌ای عبور
می‌کند و از آنها می‌توان در کاربردهای امنیتی(مانند بخش کنترل مسافران و
بار آنها در فرودگاه)، دفاعی، پزشکی، فضانوردی و تحقیقات زیستی استفاده
نمود.

به عقیده این محققان در صورتی که بتوان ویفرهایی تولید کرد که دارای کیفیت
گرافن هستند و سرعت خاموش و روشن شدن مناسبی دارند، ساخت ابزارهای
الکترونیکی گرافنی؛ از قبیل حسگرهای شیمیایی و چشمه‌ها و آشکارسازهای
تراهرتزی طی سه تا پنج سال آینده محقق خواهد شد.