مشاهده‌ی رسانایی کوانتیزه‌شده در گرافن از سوی محققان IBM

در رسانایی کوانتیزه‌شده جریان عبوری از یک سیم بر خلاف تغییرات پیوسته‌ی معمولی با
روندی پله‌ای تغییر می‌کند. گرافن (که یک صفحه‌ی دوبعدی از کربن با ضخامت تنها یک
اتم است) یک نیمه‌رسانا و در عین حال یک رسانای الکتریکی بسیار خوب می‌باشد و به
همین دلیل در آینده می‌توان از آن در ساخت ابزارهای الکتریکی بسیار کوچک بهره گرفت.
این ماده یک نیمه‌رسانای «صفر-گاف» است، به این معنا که گاف انرژی‌ای بین ترازهای
انرژی اکترون رسانش و والانس وجود ندارد. وجود چنین گافی به نیمه‌رساناهایی چون
سیلیکون اجازه می‌دهد تا در ساخت ترانزیستورها و سایر ابزارهای الکترونیکی بکار
گرفته شوند.

یک راه برای ساخت گاف‌های انرژی در یک ماده تبدیل آن به یک سیم بسیار نازک است. در
چنین حالتی الکترون‌های ماده مقیدند تا تنها در یک جهت حرکت کنند و به این ترتیب یک
سری از ترازهای انرژی الکترونی از طریق گاف‌ها از هم جدا می‌شوند. اگر ولتاژ مذکور
در امتداد چنین سیمی افزایش یابد، جریان در یک رفتار پله‌ای زیاد می‌شود زیرا هر
تراز انرژی می‌تواند تعداد محدود و ثابتی از الکترون‌ها را در خود جای دهد.

چنین رسانایی کوانتیزه‌ای در نانوسیم‌های نیمه‌رسانای بسیار کوچک و نانولوله‌های
کربنی اندازه‌گیری شده بود اما تاکنون چنین خاصیتی برای نانونوارهای گرافنی مشاهده
نشده بود. اخیراً یومینگ لین و همکارانش از مرکز تحقیقاتی واتسون در IBM توانستند
این اثر را در نانونوارهای گرافنی مشاهده کنند.

لین در این باره گفت: «این پدیده به محققان اجازه می‌دهد تا برای تحقیقات بنیادی و
برای کاربردهای مورد استفاده در فناوری، به اثرات کوانتومی مختلفی در گرافن دست
پیدا کنند. به‌عنوان مثال رفتار رسانایی کوانتیزه شده در گرافن می‌تواند به
عملکردهای منطقی چندمقداره در سطحی بالاتر از انواع دودویی معمولی رهنمون گردد و
همچنین برای ساخت «موجبرهای کوانتومی» الکترونی تک‌بعدی مورد استفاده قرار گیرد».

هم‌اکنون گروه مذکور در پی آنند تا اثر نابجایی‌های لبه‌ای را بر روی رسانایی
کوانتیزه‌ی ابزارهای مذکور بررسی کنند. همچنین دانشمندان مذکور قصد دارند تا برای
دستیابی به رسانایی کوانتومی در دمای اتاق، کانال‌های گذارِ بسیار باریک بسازند.
این خصوصیت برای ساخت ابزارهای کاربردی بسیار ضروری است.