سرد شدن الکترون‌های داغ گرافن از طریق ابربرخورد

نتایج تحقیقات یک تیم تحقیقاتی در موسسه کاولی دانشگاه کرنل آمریکا نشان می‌دهد الکترون‌های داغ درون گرافن در اثر فرآیندی موسوم به ابربرخورد می‌تواند سرد شود. این یافته نظری می‌تواند برای تولید ادوات الکترونیکی گرافنی مورد استفاده قرارگیرد.

نتایج تحقیقات یک تیم تحقیقاتی در موسسه کاولی دانشگاه
کرنل آمریکا نشان می‌دهد الکترون‌های داغ درون گرافن در اثر فرآیندی موسوم
به ابربرخورد می‌تواند سرد شود. این یافته نظری می‌تواند برای تولید ادوات
الکترونیکی گرافنی مورد استفاده قرارگیرد.

الکترون‌های داغ الکترون‌های
برانگیخته‌ای هستند که برای سرد شدن و رسیدن به دمای محیط فونون نشر
می‌کنند. مکانیسم چگونگی از دست رفتن انرژی این الکترون‌ها که مستقیما به
فونون تبدیل می‌شود برای تولید ادوات الکترونیکی اهمیت زیادی دارد.
آزمایشات اخیری که مت گراهام و همکارانش انجام دادند زیربنایی شد برای یک
نظریه جدید که برمبنای آن الکترون‌ها در گرافن علاوه‌بر مسیر ابربرخورد، از
مسیر دیگری نیز سرد می‌شوند. محققان معتقدند که الکترون‌ها از طریق وجود
نقص‌ها یا بی‌نظمی‌های ساختاری در شبکه بلور نیز می‌توانند خنک شوند. در
واقع در اثر وجود نقص ساختاری، انتقال ممنتوم در آنها اتفاق افتاده و
الکترون‌ها خیلی سریع‌تر از شرایطی که گرافن دارای بلور کامل باشد سرد
می‌شوند.

filereader.php?p1=main_65c2c70b855889b71

محققان با اندازه‌گیری‌های انجام شده در شناساگرهای نوری دارای اتصال
گرافنی p-n به این نتیجه رسیدند. آنها با استفاده از لیزر کوتاه و سریع ۱۰۰
فمتوثانیه‌ای این سیستم را گرم کرده و خنک شدن الکترون‌ها را در آن مورد
مطالعه قرار دادند. در این آزمایشات جریان تولید شده در اثرتابش نور به
صورت یک دماسنج عمل می‌کند که دمای الکترون‌ها در نزدیک سطح فرمی را نشان
می‌دهد.

گراهام می گوید با گرم کردن محل اتصال با یک لیزر پالسی اولیه و
سپس یک لیزر پالسی ثانویه که ۱۰۰ فمتوثانیه به طول می‌انجامد می‌توان دمای
محل تماس را در کمتر از یک پیکوثانیه و با دقت چند کلوین اندازه‌گیری کرد.
نتایج پژوهش‌های ما نشان داد که نرخ افت دمای الکترون‌ها به خوبی با مدل
ابربرخورد که در سال ۲۰۱۲ توسط گروه جاستین سانگ در MIT ارائه شده
بود هم‌خوانی دارد.

نتایج این پژوهش و پیش بینی‌های انجام شده در MIT با
آنچه که محققان پیش از این درباره گرافن پیش‌بینی می‌کردند تفاوت آشکاری
دارد. بر طبق نتایج این پژوهش از طریق یک فرآیند آرامیدگی آهسته،
الکترون‌ها سرد می‌شوند. همچنین فرآیند ابربرخورد، مکانیسم غالب در
آرامیدگی الکترون است.

توسعه بیشتر ادوات گرافنی از شناساگرهای نوری
گرفته تا ترانزیستورهای اثرمیدان وابسته به یک مدل دقیق برای سرد شدن
الکترون‌های داغ است. این تحقیق می‌تواند قدم‌های تازه‌ای در مسیر تحقق این
مدل باشد. نتایج این پژوهش در نشریه Nature Physics به چاپ رسیده است.