حرکت اتم‌ها با الکترون‌های پرزور

پژوهشگران آمریکایی یافته‌های مهم جدیدی در مورد چگونگی حرکت الکترون‌ها در سیم‌های فلزی نانومقیاس بدست آورده‌اند. آنها فهمیده‌اند که نیروی وارد بر اتم‌های داخل ساختار از طرف الکترون‌ها بسیار بیشتر از آن چیزی است که قبلاً تصور می‌شد. این کار می‌تواند به بهبود مولفه‌های نانوالکترونیکی نسل جدید کمک کند.

پژوهشگران آمریکایی یافته‌های مهم جدیدی در مورد چگونگی حرکت الکترون‌ها در سیم‌های فلزی نانومقیاس بدست آورده‌اند. آنها فهمیده‌اند که نیروی وارد بر اتم‌های داخل ساختار از طرف الکترون‌ها بسیار بیشتر از آن چیزی است که قبلاً تصور می‌شد. این کار می‌تواند به بهبود مولفه‌های نانوالکترونیکی نسل جدید کمک کند.

نمودار کلی چیدمان تجربی: نوک میکروسکوپ تونل‌زنی پیمایشگر جهت مشاهده حرکات اتمی در نانوساختارهای سیم‌های ریز استفاده می‌شود.

با کوچک‌تر شدن افزاره‌های الکترونیکی، محققان نیاز بیشتری به فهم بهتر چگونگی تأثیر جریان الکتریکی بر روی ساختار اتم‌های مدارهای ریز پیدا می‌کنند. به‌ویژه الکترومهاجرت اتم‌ها در داخل نانوسیم می‌تواند خواص الکترونیکی آنرا عوض کند و یا حتی باعث خرابی آن شود. با یک دید مثبت می‌توان از این حرکات اتمی برای آرایش ساختارهای ریز استفاده کرد.

الن ویلیامز و همکارانش از دانشگاه مریلند مطالعات خود را با ساخت بازه وسیعی از ساختارهای نانومقیاس مختلف شروع کردند. این ساختارها شامل جزایر و “پله‌ها” (که دارای ۱۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ اتم بودند) بر روی سیم‌های نقره‌ای بسیار نازک به ضخامت ۲ تا ۵۰ نانومتر می‌شد. سپس این پژوهشگران از یک میکروسکوپ تونل‌زنی پیمایشگر جهت مشاهده چگونگی حرکت ساختارها و تغییر شکل آنها با اعمال جریان الکتریکی استفاده کردند. ویلیامز گفت: “خیلی شگفت انگیز بود- هنگامی که ما جهت جریان را عوض کردیم متوجه شدیم که ساختار به جلو و عقب حرکت می‌کند.”

این گروه تحقیقاتی مریلند می‌گوید که نیرویی که حامل‌های بار (در اینجا الکترون‌ها) با آن اتم‌ها را در درون ساختارهای به حرکت در می‌آورند، بسیار قوی‌تر- حدود ۲۰ برابر- از مقداری است که قبلاً فکر می‌شد. به نظر این پژوهشگران چنین “نیروی الکترومهاجرتی” قوی می‌تواند برای ایجاد حرکات کنترل‌شده در اتم‌های مولفه‌های الکترونیکی استفاده شود و ممکن است به خودآرایی نانوسیم‌های کمک کند یا برای مثال جهت ساخت افزاره‌هایی که با اعمال جریان متناوب می‌توانند ساختارهای متفاوتی داشته باشند، استفاده شود. حتی ممکن است در آینده برای حرکت دادن نانوماشین‌ها نیز استفاده گردد.

این تمام ماجرا نیست: این گروه متوجه شده است که با افزودن ساختارهای الکترون- کِشنده (یا نقص بلوری) مانند C60، به لبه‌های پله‌ای تک اتمی، می‌توان این نیروی الکترومهاجرتی را بشدت کاهش داد.

این محققان نتایج خود را تحت عنوان “مشاهده نیروی تفرق الکترونی در نانوساختارها” در مجله‌ی Science منتشر شده است.