روش جدیدی برای ایجاد باند گپ در گرافن

گرافن ماده‌ای است که می‌تواند در الکترونیک مورد استفاده قرار گیرد. یکی از مشکلات استفاده از این ماده آن است که گرافن فاقد باند گپ است بنابراین نمی‌توان از آن به‌عنوان سوئیچ استفاده کرد.

گرافن ماده‌ای است که می‌تواند در الکترونیک مورد استفاده قرار گیرد. یکی از مشکلات
استفاده از این ماده آن است که گرافن فاقد باند گپ است بنابراین نمی‌توان از آن به‌عنوان
سوئیچ استفاده کرد. روش‌هایی برای ایجاد باند گپ ارائه شده است اما هر یک مشکلاتی
داشته‌اند. اخیر محققان روشی ارائه کرده‌اند که در عین ساده بودن قادر است شکاف‌هایی
قابل تنظیم در ساختار گرافن ایجاد کند.

برخلاف سیلیکون، گرافن فاقد باند گپ است بنابراین نمی‌تواند قابلیت سوئیچ، که برای
کاربردهای الکترونیکی لازم است، داشته باشد. برای استفاده از گرافن در ترانزیستورها،
باید یک شکاف انرژی در طیف انرژی الکترونی آن ایجاد کرد. در اینجا مهندسان وارد عمل
می‌شوند. محققان دریافته‌اند که فشارهای محلی در ورقه گرافن می‌تواند خواص هدایت آن
را تغییر دهد. با تغییر فشار محلی، شکاف انتقال می‌تواند ایجاد شود.

مهندسی فشار، راهبردی است که در حال حاضر در تولید نیمه‌هادی‌ها به‌کار گرفته
می‌شود. در حال حاضر روش‌های مشخصی برای ایجاد کنترل شده فشار روی غشاء گرافنی وجود
دارد. برای مثال مورفولوژی‌های فشار مانند چین خوردگی روی گرافن معلق، بالون‌های
گرافنی روی بستر الگودار و ابرشبکه‌های فشار گرافنی روی یک بستر نامنطبق شبکه.

در مقاله‌ای که اخیر محققان مرکز تحقیقات واتسن، موسسه سینسیا مادرید و دانشگاه
رادبوند در نشریه Physical Review B به چاپ رساندند، با استفاده از دروازه
الکترواستاتیکی مکانیسم جدیدی برای ایجاد شکاف در گرافن دارای فشار ارائه کردند.

این گروه تحقیقاتی نشان داد، وقتی شبه میدان مغناطیسی با استفاده از طول موج بلند
ایجاد شود، تغییر شکل‌ها با پتانسیل الکتریکی عددی جفت می‌شود که منجر به شکاف
بزرگی می‌شود که حاصل تشکیل حالت هالدان است، به بیانی دیگر عایق کوانتومی هال بدون
استفاده از میدان مغناطیسی بوجود می‌آید. تونی لو، پژوهشگر موسسه تحقیقات واتسون و
نویسنده اول این مقاله، می‌گوید عایق توپولوژیکی، مثال روشنی از موادی است که حالت
هالدان را از خود بروز می‌دهند.

به اعتقاد محققان این پروژه، تمام روش‌های ارائه شده برای ایجاد شکاف در گرافن، اثر
منفی روی حرکت الکترون می‌گذارد. در نانوروبان‌های گرافنی، این حرکت الکترونی چند
ده برابر کمتر از گرافن توده‌ای است. اما این روش جدید بر این مشکل فائق آمده است.
آنها معتقداند که مهمترین ویژگی فنی این روش آن است که می‌توان مراحل کار را
به‌نحوی طراحی کرد که تنها با استفاده از یک دروازه الکترواستاتیکی ساده بتوان شکاف
محلی یا کلی را در گرافن تنظیم کرد.

این پروژه می‌تواند مسیرهای تازه‌ای به سوی استفاده از گرافن در صنعت الکترونیک باز
کند.