ارائه قوانینی برای پاره کردن گرافن

لبه‌های گرافن در تعیین کاربردهای آن اهمیت بسیاری دارد. اخیرا یک تیم تحقیقاتی از
دو دانشگاه آمریکا نشان دادن که برای رسیدن به گرافنی با ویژگی دلخواه چگونه آن را
برش بزنند. برای این کار آنها از شبیه سازی کامپیوتری استفاده کردند.

محققان دانشگاه رایس و دانشگاه کالیفرنیا احتمالا بتوانند روش جدیدی برای دستکاری
گرافن ارائه کنند. زمانی که گرافن تحت فشار دچار پارگی می‌شود به‌جای این که مانند
یک کاغذ به‌صورت تصادفی مسیر پاره شدن را طی کند، مسیری انتخاب می‌شود که دارای
کمترین مقاومت باشد با این کار لبه‌های گرافن از کیفیت بسیار بالایی برخوردار
می‌شود. این پدیده تعجب دانشمندان را برانگیخته است.

از آنجایی که لبه‌های گرافن تعیین کننده خواص الکتریکی آن است، با این روش می‌توان
این لبه‌ها را تحت کنترل در آورد. بوریس یاکوبسان از محققان این پروژه، به‌ندرت
به‌عنوان فیزیک‌دان نظری در پروژه‌ای مشارکت می‌کند اما در این تحقیق که نتایج آن
در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Ripping Graphene: Preferred Directions در نشریه Nano
Letters به چاپ رسیده، او چنین نقشی را ایفا کرده است.

بوریس یاکوبسان به‌همراه واسیلی آرتیوخوف، دانشجوی پسا دکترا در دانشگاه رایس، نوعی
پاره شدن را توسط شبیه‌سازی کامپیوتری انجام داده است. نتایج نشان داد که ترک‌هایی
در پیکربندی‌های زیگزاگی و صندلی ایجاد می‌شود. به‌نظر می‌رسد نیروی مولکولی مسیر
وارد شدن فشار را به گرافن دیکته می‌کند. این نیرو بسیار قدرتمند است، پیوند
کربن-کربن یکی از قوی‌ترین پیوندهای شناخته شده است. اهمیت این پروژه در این است که
طبیعت لبه‌ها را پاره شدن گرافن تعیین می‌کند. زمانی که گرافن برای مدارات الکریکی
مورد استفاده قرار می‌گیرد، کیفیت لبه تعیین کننده کیفیت گرافن است. گرافن دارای
هدایت بالایی است بنابراین الکترون‌ها به‌راحتی از میان آن عبور می کنند تا به
لبه‌ها برسند. چیزی که در اینجا مهم است آن است که آیا الکترون با برخورد به لبه
ایست کرده یا به حرکت خود ادامه می‌دهد.

انرژی لبه‌ها در گرافن مورد توجه بوریس یاکوبسان بوده است، سال قبل او فرمولی برای
محاسبه انرژی یک تکه گرافن که در زوایای مختلف بریده شده، ارائه کرد.گرافن زیگزاگی
فلزی بوده وگرافن صندلی نیمه‌هادی است، بنابراین اگر پاره شدن گرافن را به‌نحوی
دلخواه تعیین کنیم می‌توانیم ساختار زیگزاگی یا صندلی را به‌دلخواه به‌دست آوریم.
این تیم تحقیقاتی موفق شد برای گرافن مسیری با انرژی بهینه برای پاره کردن گرافن
پیدا کند.