محقق دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی با همکاری پژوهشگران خارج از کشور موفق به اندازه‌گیری نوسانات گرمایی ایجاد شده در سطح گرافن شدند.
دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی: تعیین افت و خیزهای ناشی از دما در سطح گرافن
گرافن، تک لایه‌ای از کربن به ضخامت حدود یک آنگستروم است که دارای شبکه‌ی لانه زنبوری است و ساختاری تقریبا تخت دارد. این ماده که حدود یک دهه پیش توسط فیزیک‌دانان دانشگاه منچستر کشف شده است، به دلیل خواص فیزیکی فوق‌العاده از جمله هدایت الکتریکی و گرمایی، چگالی و تحرک پذیری بالا در حامل‌های بار و خواص مکانیکی و نوری، توجه بسیاری از پژوهشگران علوم و مهندسی را به خود جلب کرده است.
به گفته‌ی دکتر مهدی نیک عمل، عضو هیأت علمی دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، در این پژوهش، افت و خیزهای ناشی از دما در گرافن مورد علاقه بوده است. برای دستیابی به این هدف، به کمک اندازه‌گیری‌های میکروسکوپ روبشی تونلی(STM) از سطح گرافن، نوسانات گرمایی آزاد و اجباری ایجاد شده با فرکانس پایین در آن اندازه‌گیری شده است. این کار با همکاری فیزیک‌دانان نظری از دانشگاه‌های تربیت دبیر شهید رجایی، آرکانزاس آمریکا، بازل سوئیس و آنتورپ بلژیک صورت گرفته است.
توسعه و فهم کاربرد میکروسکوپ روبشی الکترونی مهم‌ترین دستاورد این تحقیق است. نتایج این کار در ساخت و توسعه دستگاه‌های نانوالکترونیکی و مکانیکی، جهت کنترل نوسانات مکانیکی گرافن بسیار مفید واقع خواهد شد.
نیک عمل در خصوص نتایج حاصل شده عنوان کرد: «این اندازه‌گیری بر روی سطح گرافن معلق شده به مساحت یک انگستروم مربع انجام شده است. مشاهدات ما نشان داده است که به هنگام کنترل و تغییر نوسانات سطح گرافن، نیروی ناشی از گرمای تولید شده از جریان تونل‌زنی و نیروی الکترواستاتیک ناشی از ولتاژ بایاس، در رقابت با یکدیگر هستند. جریان تونل‌زنی‌در سطح گرافن چنان عمل می‌کند که منجر به تنش گرمایی در سطح آن شده و به دلیل ضریب انبساط گرمایی منفی گرافن در دماهای معمولی (دمای اتاق)، این تنش علامتی مخالف با تنش‌های مکانیکی معمول دیگر خواهد داشت. این موضوع نهایتاً کاهش قابل ملاحظه‌ای در فرکانس نوسانات گرافن را به وجود می‌آورد.»
وی در انتها افزود: « علاوه‌بر این نتیجه، به کمک نظریه‌ی کشسانی مواد و شبیه سازی‌های اتمی موفق شدیم مرتبه‌ی بزرگی فرکانس‌های پایین (در مرتبه دهم هرتز) را پیش بینی کنیم. به عبارتی پیش‌بینی‌های ما با مرتبه‌ی بزرگی فرکانس‌های مشاهده شده مطابقت داشت.»
نتایج این تحقیقات که برگرفته از تفاهم نامه‌ی پژوهشی بلند مدت دکتر مهدی نیک عمل و همکارانشان در دانشگاه‌های خارج از کشور است، در مجله‌ی Nature Communication (جلد ۵، شماره ۳۷۲۰، ماه آوریل، سال ۲۰۱۴، صفحات ۱-۴۷۲۰ تا ۶-۴۷۲۰) منتشر شده است.
به گفته‌ی دکتر مهدی نیک عمل، عضو هیأت علمی دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، در این پژوهش، افت و خیزهای ناشی از دما در گرافن مورد علاقه بوده است. برای دستیابی به این هدف، به کمک اندازه‌گیری‌های میکروسکوپ روبشی تونلی(STM) از سطح گرافن، نوسانات گرمایی آزاد و اجباری ایجاد شده با فرکانس پایین در آن اندازه‌گیری شده است. این کار با همکاری فیزیک‌دانان نظری از دانشگاه‌های تربیت دبیر شهید رجایی، آرکانزاس آمریکا، بازل سوئیس و آنتورپ بلژیک صورت گرفته است.
توسعه و فهم کاربرد میکروسکوپ روبشی الکترونی مهم‌ترین دستاورد این تحقیق است. نتایج این کار در ساخت و توسعه دستگاه‌های نانوالکترونیکی و مکانیکی، جهت کنترل نوسانات مکانیکی گرافن بسیار مفید واقع خواهد شد.
نیک عمل در خصوص نتایج حاصل شده عنوان کرد: «این اندازه‌گیری بر روی سطح گرافن معلق شده به مساحت یک انگستروم مربع انجام شده است. مشاهدات ما نشان داده است که به هنگام کنترل و تغییر نوسانات سطح گرافن، نیروی ناشی از گرمای تولید شده از جریان تونل‌زنی و نیروی الکترواستاتیک ناشی از ولتاژ بایاس، در رقابت با یکدیگر هستند. جریان تونل‌زنی‌در سطح گرافن چنان عمل می‌کند که منجر به تنش گرمایی در سطح آن شده و به دلیل ضریب انبساط گرمایی منفی گرافن در دماهای معمولی (دمای اتاق)، این تنش علامتی مخالف با تنش‌های مکانیکی معمول دیگر خواهد داشت. این موضوع نهایتاً کاهش قابل ملاحظه‌ای در فرکانس نوسانات گرافن را به وجود می‌آورد.»
وی در انتها افزود: « علاوه‌بر این نتیجه، به کمک نظریه‌ی کشسانی مواد و شبیه سازی‌های اتمی موفق شدیم مرتبه‌ی بزرگی فرکانس‌های پایین (در مرتبه دهم هرتز) را پیش بینی کنیم. به عبارتی پیش‌بینی‌های ما با مرتبه‌ی بزرگی فرکانس‌های مشاهده شده مطابقت داشت.»
نتایج این تحقیقات که برگرفته از تفاهم نامه‌ی پژوهشی بلند مدت دکتر مهدی نیک عمل و همکارانشان در دانشگاه‌های خارج از کشور است، در مجله‌ی Nature Communication (جلد ۵، شماره ۳۷۲۰، ماه آوریل، سال ۲۰۱۴، صفحات ۱-۴۷۲۰ تا ۶-۴۷۲۰) منتشر شده است.
