گرافن و تولید سوئیچ میکروویو

گرافن به دلیل دارا بودن قابلیت‌های زیاد برای ساخت ابزارهای الکترونیکی جدید
یکی از موضوعات داغ در زمینه فیزیک و علم مواد به شمار می‌آید. این ماده اعجاب‌انگیز
در عین حالی که بسیار نازک و نیمه‌رساناست، رسانایی الکتریکی بسیار بالایی دارد،
زیرا الکترون‌ها به صورت پرتابه‌ای و با سرعت بسیار بالا درون آن حرکت می‌کنند.
دلیل حرکت بسیار سریع الکترون‌ها درون گرافن این است که آنها همانند ذرات
نسبیتی با جرم ساکن صفر رفتار می‌کنند. این ویژگی و ویژگی‌های فیزیکی غیرمعمول
دیگر گرافن باعث می‌شود که این ماده به‌عنوان جایگزینی برای سیلیکون در قطعات
الکترونیکی آینده مطرح باشد.

حال میرسیا دراگومان از IMT بخارست رومانی به همراه دانیلا دراگومان از دانشگاه
بخارست و همکارانشان از CNRS-LAAS در فرانسه نشان داده‌اند که فلس‌های گرافنی
می‌توانند انتشار میدان‌های الکترومغناطیسی با فرکانس بالا تا ۶۰ گیگاهرتز را
با استفاده از اعمال یک ولتاژ مستقیم فعال یا غیرفعال کنند. زمان کلیدزنی بسیار
کوتاه و کمتر از ۱ نانوثانیه است که یکی از کوتاه‌ترین زمان‌های کلیدزنی برای
این نوع از ابزارها محسوب می‌شود.

این ابزار یک سوئیچ NEMS میکروویو است که از یک موجبر هم‌صفحه و آرایه‌ای از
ورقه‌های گرافن فلزی که روی آن معلق است، تشکیل شده است. موجبر ذکر شده از سه
باریکه فلزی طلا تشکیل می‌شود که روی یک بستر سیلیکونی نیمه‌عایق با ضخامت ۵۰۰
میکرومتر رسوب داده شده‌اند. باریکه مرکزی طلا امواج میکروویو را منتشر کرده و
دو باریکه دیگر به عنوان الکترود اتصال با زمین عمل می‌کنند. بنابر گفته
محققان، فلس‌های گرافنی به لطف نیروهای وان‌در‌والسی روی موجبر معلق باقی
می‌مانند، اما آنها همچنین می‌توانند از طریق اتصالات فلزی متصل شوند.

میرسیا دراگومان می‌گوید سوئیچ گرافنی بسیار ساده‌تر و کاراتر از سوئیچ‌هایی
است که از مواد معمولی همچون سیلیکون ساخته می‌شوند. در این ابزار، میدان
الکترومغناطیسی به سادگی و با اعمال یک ولتاژ مستقیم روشن و خاموش می‌شود. او
می‌افزاید: «این سوئیچ ویژگی‌های خوبی دارد. زمانی که خاموش است میدان
الکترومغناطیسی را دفع می‌کند و زمانی که روشن است، اتلاف بسیار کمی در آن
ایجاد می‌کند».

دراگومان توضیح می‌دهد: «تاکنون گرافن تنها در کاربردهای محدودی دیده شده است و
اگر در بازارهای بزرگی همچون ارتباطات و سلامتی مورد استفاده قرار نگیرد، در
سطح تحقیقات دانشگاهی باقی خواهد ماند».

نتایج این تحقیق در J. Appl. Phys. منتشر شده است.