تاثیر زیرلایه بر رفتار الکترون‌ها در گرافن

محققان مرکز NIST در آمریکا به بررسی تاثیر زیرلایه روی رفتار الکترون‌ها در گرافن
پرداختند. نتایج کار آنها نشان داد که ناخالصی‌های موجود در زیرلایه موجب تفرق
الکترون‌ها در گرافن شده و عملکرد آنها را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

اگر گرافن به‌عنوان یکی از قطعات الکترونیکی آینده مورد استفاده قرار گیرد، آنگاه
باید برهمکنش میان گرافن و مواد پیرامون آن در قطعات الکترونیکی مورد مطالعه قرار
گرفته و کنترل شود. پژوهشگران مرکز ملی استاندارد و فناوری (NIST ) موفق به ارائه
مدلی شدند که رفتار الکترون‌ها را درگرافن در برابر مواد زیر لایه توضیح می‌دهد.

مقدار تاثیر الکترون‌ها روی میدان الکتریکی را می‌توان از روی طول نمایش
الکترواستاتیک تعیین کرد. از روی این مقدار، می‌توان به میزان ناخالصی‌های موجود در
ماده پی برد. طول نمایش باید کوتاه‌تر از فاصله میان ناخالصی‌ها باشد. وقتی نمونه
گرافنی روی یک زیرلایه قرار می‌گیرد، الکترون‌های گرافن تک لایه‌ای و دو لایه‌ای
رفتار متفاوتی از خود نشان می‌دهند که دلیل این امر تفاوت موجود در تقارن موجود در
تغییر طول نمایش است.

در گرافن دولایه‌ای، الکترون‌ها طول نمایش کوچکی دارند بنابراین به‌راحتی تغییر
وضعیت داده و ناخالصی‌ها را نمایش می‌دهند. در گرافن‌های تک لایه، تقارن غیرمعمول
شبکه اتمی لانه زنبوری دو بعدی موجب می‌شود که انرژی الکترون‌ها افزایش یابد. در
واقع انرژی به‌صورت خطی با ممنتوم افزایش می‌یابد، مشابه ذرات بدون جرمی مانند
فوتون.

تئوری CNTS نشان می‌دهد که طول نمایش برای الکترون‌های بدون جرم شبیه به فضای میان
ناخالصی‌های زیرلایه است. این موضوع موجب می‌شود که الکترون‌ها به‌سختی تغییر وضعیت
دهند. ناخالصی‌های زیرلایه باعث تفرق الکترون‌ها شده و در نتیجه عملکرد دستگاه را
در گرافن‌های تک لایه و دو لایه کاهش می‌دهد. با شفاف شدن چگونگی رفتار الکترون‌ها
در مواجهه با ناخالصی‌ها، این پروژه شرایطی را فراهم می‌کند که بتوان تفرق الکترونی
را ادوات گرافنی کاهش داد و عملکرد این دستگاه‌ها را بهبود بخشید.

نتایج این تحقیق در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Mechanism for puddle formation in
graphene در نشریه Physical Review B به چاپ رسیده است.