روشی برای کنترل فشار روی صفحات گرافنی

محققان توانستند با استفاده از یک میکروسکوپ تونلی روبشی (STM) شکل و در نتیجه خواص الکترونیکی گرافن را کنترل کنند.

گرافن به‌دلیل سبکی، استحکام و هدایت
الکتریکی و گرمایی بالا پتانسیل کاربردی بسیاری در صنایع الکترونیک دارد و
چون از اتم‌های کربن ساخته شده ارزان و فراوان است. با وجود این، قبل از
اینکه گرافن ساده بتواند به این پتانسیل برسد باید خواص ذکر شده در آن
کنترل شوند.

جمعی از فیزیکدانان دانشگاه آرکانزاس روشی ابداع کردند که به آنها اجازه
کنترل خواص مکانیکی یا فشار وارد بر صفحات گرافنی که روی یک صفحه مشبک مسی
قرار گرفته‌اند را می‌دهد. فشار وارد بر گرافن سبب می‌شود طوری رفتار کند
که گویی در یک میدان مغناطیسی قرار دارد. لذا با کنترل این فشار مکانیکی می‌توان
از این خاصیت بهره‌برداری کرد.

 

 
تصویر میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) از یک غشای گرافنی معلق روی یک شبکه
مسی (سمت چپ) و تصویر STM همان غشا در سمت راست
برای کنترل این فشار محققان روش آزمایشگاهی
جدیدی ابداع کردند. آنها ابتدا یک غشای گرافنی ساده را روی یک شبکه مسی بسط
دادند و با استفاده از نوک STM با جریان ثابت، سطح غشا را بررسی کردند.
برای ثابت نگه‌داشتن جریان، با حرکت دادن نوک میکروسکوپ به بالا و پایین
ولتاژ نوک را تغییر داده و مشاهده کردند که در این حالت شکل گرافن نیز
تغییر و صفحه گرافنی سعی می‌کند تا با نوک میکروسکوپ تماس پیدا کند. آنها
دریافتند که بار الکتریکی بین نوک و غشا بر موقعیت و شکل غشا اثر می‌گذارد.
بنابراین با تغییر ولتاژ نوک، فشار روی غشا را کنترل کردند. این فرآیند در
کنترل خاصیت مغناطیسی کاذب گرافن بسیار اهمیت دارد.

برای درک بهتر پدیده مشاهده شده در آزمایش‌های تجربی، محققان سیستم‌های
نظری حاوی غشای گرافنی را مورد مطالعه قرار دادند. آنها مقدار فشار روی این
سیستم‌های نظری و موقعیت نوک میکروسکوپ نسبت به غشا را شبیه‌سازی کردند و
متوجه شدند که برهمکنش غشا و نوک به موقعیت نوک روی گرافن بستگی دارد. این
یافته به آنها اجازه داد تا نیروی مغناطیسی کاذب ایجاد شده را برای فشار و
ولتاژ معین محاسبه کنند.

نتایج کامل این مطالعه در مجله Physical Review B Rapid Communications
منتشر شده است.