کنترل اثر پیزوالکتریک در مقیاس نانو

کشف جدیدی که توسط محققان کانادایی صورت گرفته است، امکان دستکاری اثر پیزوالکتریک
را در مقیاس نانو فراهم می‌کند.

تولید میدان الکتریکی با انبساط و انقباض مواد جامد پدیده‌ای است که به نام اثر
پیزوالکتریک شناخته می‌شود. این اثر کاربردهای بسیار زیادی از جمله در ساعت و
حسگرهای حرکتی دارد. گروهی از محققان دانشکده شیمی دانشگاه مک‌گیل دریافته‌اند که
چگونه می‌توان اثر پیزوالکتریک را در نیمه‌رساناهای نانومقیاس که نقاط کوانتومی
نامیده می‌شوند، کنترل کرد. این امر امکان تولید محصولات بسیار ریز را ایجاد می‌کند.

با وجودی که کلمه «کوانتوم» در زبان روزمره برای اشاره به چیزهای بسیار بزرگ به کار
می‌رود، معنی اصلی این کلمه کوچک‌ترین مقداری است که یک کمیت فیزیکی خاص با آن
تغییر می‌کند. قطر یک نقطه کوانتومی بین ۱۰ تا ۵۰ اتم یا به عبارت دیگر کوچک‌تر از
۱۰ نانومتر است. در مقام مقایسه، قطر یک مولکول DNA دورشته‌ای ۲ نانومتر می‌باشد.
محققان دانشگاه مک‌گیل روشی برای ایجاد بارهای الکتریکی منفرد روی سطح این نقاط
یافته‌اند که این امر میدان الکتریکی بزرگی درون این نقاط ایجاد می‌کند. این میدان
الکتریکی نیروهای پیزوالکتریکی بسیار قوی تولید می‌کند که موجب انبساط و انقباض
بزرگ وسریع نقطه کوانتومی در یک میلیاردیم ثانیه می‌شود. مهم‌تر اینکه این گروه
توانستند اندازه این ارتعاش را کنترل کنند.

نقاط کوانتومی سلنید کادمیوم در محدوده وسیعی از کاربردها استفاده می شوند. انرژی
خورشیدی یکی از حوزه‌هایی است که مورد بررسی قرار گرفته است، اما این کشف جدید راه
را برای تولید ابزارهای نانومقیاس دیگر با استفاده از این نقاط باز می‌کند. با این
اکتشاف می‌توان سرعت و زمان کلیدزنی ابزارهای نانوالکترونیکی را کنترل کرده و حتی
منابع انرژی نانومقیاسی تولید کرد که در آنها یک فشار کم موجب ایجاد اختلاف پتانسیل
بالا می شود.

پوجا تیاگی محقق اصلی این کار می‌گوید: «تاکنون اثر پیزوالکتریک در این مقیاس کنترل
نشده بود، بنابراین کاربردهایی که برای این کشف قابل تصور است، بسیار وسیع و جذاب
هستند. به‌عنوان مثال می‌توان ارتعاشات یک ماده را آنالیز کرده و از آن برای محاسبه
فشار حلالی که در آن قرار دارد، استفاده کرد. با تحقیقات بیشتر شاید بتوانیم با
تزریق این نقاط به درون بدن و آنالیز ارتعاشات آنها با استفاده از لیزر، فشار خون
را اندازه بگیریم». تیاگی اشاره می‌کند که سلنید کادمیوم یک ماده سمی است و
بنابراین یکی از مشکلاتی که باید حل شود، یافتن یک ماده جایگزین است.

جزئیات این کار در مجله Nano Letters منتشر شده است.