|
در دهه ۱۹۹۰ قبل از آنکه کسی گرافن را جداسازی کرده باشد، فیزیک‌دان‌ها ویژگی‌های
خارق‌العاده لبه نانوروبان‌های گرافنی را پیش‌بینی کرده بودند. حال گروهی از محققان
آزمایشگاه ملی لورنس برکلی به همراه همکارانشان در دانشگاه کالیفرنیا در برکلی،
دانشگاه استنفورد و موسسات دیگر، اولین اندازه‌گیری دقیق از «حالت‌های لبه»
نانوروبان‌های منظم را انجام داده‌اند.
مایکل کرومی از آزمایشگاه برکلی که رهبری این تحقیق را بر عهده داشته است، می‌گوید:
«تاکنون هیچ کس نتوانسته بود پیش‌بینی‌های انجام شده در زمینه حالت‌های لبه
نانوروبان‌ها را بررسی کند، زیرا کسی نمی‌دانست چگونه باید ساختار لبه یک گرافن
منظم را مشاهده کند؛ همچنین چگونگی اندازه‌گیری ویژگی‌های الکترونیکی در مقیاس
نانومتری لبه این ماده نامشخص بود. حال ما با مطالعه نانوروبان‌های طراحی شده خاص
با استفاده میکروسکوپ تونلی روبشی به این مهم دست یافته‌ایم».
مطالعات این گروه نه تنها پیش‌بینی‌های انجام شده در زمینه ویژگی‌های لبه گرافن را
تأیید کرده است، بلکه راه را برای تولید ابزارهای نانومقیاس سریع و کم‌مصرف از
سوئیچ‌های نانوروبان گرافنی، شیرهای اسپینی و حسگرهایی که با استفاده از بار یا
اسپین الکترون‌ها کار می‌کنند، باز کرده است.
الکترون‌های لبه
کرومی می‌گوید: «آزادی حرکت الکترون‌ها در ورقه‌های دوبعدی گرافن بی‌نظیر است؛ به‌علاوه،
این الکترون‌ها هیچ شکاف باندی ندارند. نانوروبان‌ها در این زمینه با گرافن فرق
دارند: الکترون‌ها می‌توانند در کانال‌های باریک لبه نانوروبان‌ها به‌دام بیافتند.
این حالت‌های لبه یک‌بعدی هستند، اما الکترون‌های لبه نانوروبان‌ها می‌توانند با
الکترون‌های لبه دیگر آن برهمکنش داشته و موجب باز شدن یک شکاف انرژی گردند».
این گروه تحقیقاتی با استفاده از STM در حالت طیف‌سنجی (STS)، تغییرات دانسیته
الکترونی را همزمان با حرکت نوک STM به‌سمت درون نانوروبان اندازه گرفتند. با
استفاده از این روش، نانوروبان‌هایی با عرض‌‌های مختلف مطالعه شدند. این محققان
دریافتند که الکترون‌ها در لبه نانوروبان‌ها محدود شده‌اند؛ همچنین این الکترون‌ها
شکاف مشخصی در سطوح انرژی خود نشان می‌دهند.
کرومی می‌افزاید: «در دنیای کوانتومی، الکترون‌ها را می‌توان علاوه‌بر ذرات به شکل
امواج نیز توصیف کرد. یکی از راه‌های به تصویر کشیدن چگونگی ایجاد حالت‌های لبه
مختلف این است که الکترون را به شکل موجی تصور کنیم که طول روبان را پر کرده و از
اتم‌های نزدیک لبه آن پراش می‌کند. الگوهای پراش این الکترون‌ها شبیه موج‌های آب
هستند که از طریق شکاف‌های یک مانع به سمت دیگر مانع می‌رسند.
جزئیات این تحقیق در مجله Nature Physics منتشر شده است.
|
