کشف پدیده‌ی جهش جریان در مواد نیمه‌هادی

همان طور که پیش از این تصور می‌شد، در عمل پلاستیسیته‌ی مواد نیمه‌هادی بیشتر از آنکه با هسته‌گذاری ناشی از جابه‌جایی یا نقص ساختاری مرتبط باشد، با تغییر فازی در ارتباط است. این نظریه به‌وسیله‌ی نتایج یک کار تحقیقاتی گروهی در آزمایشگاه نوردیک هیسترون (NHL ) دانشگاه صنعتی هلسینکی تحت هدایت رومن نوواک نشان داده شده‌است. نتایج این تحقیق به‌تازگی در مقاله‌ای تحت عنوان «یک جهش جریان الکتریکی مرتبط با پلاستیسیته در مقیاس نانو» در مجله‌ی Nature Nanotechnology به چاپ رسیده‌است.

پلاستیسیته همیشه به حرکت یا ایجاد نقص ارتباط داده می‌شده‌است؛ اما گروه نوردیک ثابت کرده‌اند که در عمل پلاستیسیته می‌تواند از فرایندهای غیر جابه‌جایی نیز آغاز شود. این فرایند شامل تغییر فاز در یک حجم نانویی تحت فشار است که بدون تحت تأثیر قرار دادن فعالیت نقص از یک ساختار بلورین به ساختار دیگر تغییر می‌کند. این پدیده که جهش جریان (Current Spike) نامیده می‌شود، به‌وضوح قابل رؤیت بوده، می‌توان آن را تا حد زیادی با فیزیک پیشرفته توجیه کرد.

نوواک در این زمینه می‌گوید: «مفاهیم چنین یافته‌هایی نظیر درک ما از رفتار مواد در یک نظام نانویی، هنوز نیازمند بازنگری است. اگر این دیدگاه برای در بر گرفتن سایر مواد نیز بسط داده شود، می‌تواند منجر به پیشرفت‌های فراوانی در زمینه‌ی کاربردهای اندازه‌گیری فشار و سوئیچ های فشاری شود که اینها تنها مثال‌هایی از فواید این یافته‌ی جدید است».

یافته‌های تازه‌ی منتشرشده‌ی گروه NHL، نخستین گام‌های اساسی برای بیان یک موضوع مهم‌تر است؛ اتصال مکانیکی- الکتریکی تحت چه شرایطی و در چه ابعادی از نظر طول منجر به اثرات مشابه می‌شود؟ گروه NHL به‌عنوان مرجعی در این زمینه و با هدایت مسیر تحقیقات، برای درک نحوه‌ی تغییر شکل مواد در مقیاس نانو تلاش خواهد کرد.

مهم‌ترین هدف گروه NHL، توصیف مکانیکی مواد و نانوساختارهای پیشرفته با اندازه‌گیری میزان سختی آنهاست که برای این کار از آزمایش دندانه‌ای در مقیاس نانو استفاده می‌کنند. وسیله‌‌ی ساخت شرکت هیسترون واقع در میناپولیس آمریکا، قابلیت اندازه‌گیری کمّی و همزمان خواص مکانیکی و الکتریکی را دارد. برای درک تماس‌‌های نانویی در مواد و رسیدن به دلیلی منحصربه‌فرد، این آزمایش‌ها با روش‌های محاسباتی کامل می‌شوند.

موفقیت گروه NMH از هدف‌گذاری مناسب و سازمان‌دهی دقیق در نحوه‌ی همکاری با متخصصان این حوزه ناشی می‌شود. کارایی و اثربخشی گروه NHL با مقاله‌ی اخیر آنها ثابت می‌شود. ارائه‌ی چنین مقاله‌ای تنها به‌وسیله‌ی ترکیبی از محاسبات دقیق نوواک و همکارانش با آزمایش‌های نانویی و پیچیده‌ی دستگاه شرکت هیسترون و توانایی دانشگاه صنعتی تمپر در تولید مواد نیمه‌هادی پیشرفته امکان‌پذیر بود.