پژوهشگران دانشگاه شهید بهشتی با انتشار مقاله‌ای در نشریه Physical Review Letters، به بررسی دستکاری و قراردادن برخی اتم های فلزی در نقاط خاصی از شبکه‌های خودسامان‌ده آلی بر سطوح فلزی پرداختند. این محققان در این کار به دنبال مهندسی ترابرد الکترونها بین نقاط کوانتمی هستند.
دانشگاه شهید بهشتی: مهندسی ترابرد الکترونها بین نقاط کوانتمی
گاز الکترونی دوبعدی (الکترونهایی که آزادند در یک لایۀ بسیار نازک و مسطح حرکت کنند) فیزیک بنیادی و کاربردهای منحصربه‌فردی از فاز مادۀ چگال در ابعاد کاهش‌یافته را عرضه می‌کند. به عنوان مثال، اثر کوانتمی هال اولین بار در یک گاز الکترونی دوبعدی، در فصل مشترک اکسید فلز-نیمه‌رسانا مشاهده شد. گاز الکترونی دوبعدی در گرافن که ذاتاً دوبعدی‌است و یا در سطوح هلیوم مایع و عایق‌های توپولوژی هم عینیت می‌یابد.
در این میان حالت های الکترونی سطحی فلزات نجیب، نوع ویژه‌ای از گاز الکترونی دوبعدی را نمایش می‌دهد که در آن می‌توان با آرایش دلخواهی از پراکننده‌های اتمی، الکترونهای آزادگونۀ سطح را در راستاهای افقی هم مقید کرد. یکی از نمونه‌های اولیه که هنوز هم قابل توجه است حصار کوانتمی(quantum corral) است که در سال ۱۹۹۳ معرفی شد و در آن الکترونهای سطحی فلز مس در یک حصار دایره‌ای شکل به شعاع ۷ نانومتر بر سطح (۱۱۱) آن گیر افتادند. این حصار که با چیدن ۴۲ اتم آهن توسط سوزن میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی بر سطح مس ایحاد شده بود یک اتم مصنوعی دوبعدی است که الکترون های مقید به آن حالتهای کوانتمی جدیدی یافته‌اند.
این تیم پژوهشی در این کار تحقیقاتی به مطالعه بلور مصنوعی دوبعدی پرداخته‌اند که آرایه‌ای منظم از این حصارها می‌باشند. این ساختار یک شبکۀ لانه‌زنبوری است که در موقعیت حفره‌های یک چارچوب فلز-مولکول آلی ایجاد شده است. مولکول‌های TPyB که با تک‌اتم های مس مجهز شده‌اند به صورت خودسامان‌ده بر سطح (۱۱۱) مس نشانده می‌شوند تا الکترون های سطح مس را در حفره‌های خود گیر بیاندازند. طیف‌سنجی فوتون گسیلی با تفکیک زاویه‌ای نشان می‌دهد که وجود تک‌اتم های فلز در موقعیتهای خاص منجر به گشوده شدن کانالهای ترابرد الکترون بین حفره‌ها می‌شود و سامانه را می‌توان با الگوی الکترونهای تقریباً آزاد با جرم مؤثر کاهش یافته توصیف کرد. با تفسیر مشاهدات تجربی به کمک مدلسازی کامپیوتری و حل معادلۀ شرودینگر، معلوم شده‌است که سدهای پتانسیل الکترواستاتیک که لایۀ مولکولی بر صفحۀ گاز الکترونی دوبعدی ایجاد می‌کند در موقیعت تک‌اتمهای جاداده‌شده به شدت تضعیف شده و دریچه‌هایی برای نشت الکترونها بین حصارهای کوانتمی باز می‌شود. این پژوهش روشی را پیشنهاد می‌دهد که بتوان ساختار الکترونی یک گاز الکترونی دوبعدی را به دلخواه مهندسی کرد.
در این کار پژوهشی که نتیجه فعالیت‌هایی از محققان تجربی، نظری و محاسباتی است، خودسامان‌دهی لایۀ مولکولی و طیف‌سنجی‌ها توسط دو گروه اسپانیایی و هنگ‌کنگی انجام شده و تفسیر نتایج بر اساس مدل سازی و حل عددی برعهده دو گروه ایرانی و مصری بوده است.
علی صادقی؛ دانشیار فیزیک دانشگاه شهید بهشتی و پژوهشگر مقیم پژوهشکده علوم نانو پژوهشگاه دانشهای بنیادی و بهنام عزیزی دانشجوی دکتری ایشان اعضاء ایرانی این کار تحقیقاتی بوده اند.
نتایج این کار در آخرین شمارۀ جلد ۱۲۳ مجلۀ Physical Review Letters، یکی از معتبرترین نشریات حوزه فیزیک به چاپ رسیده است. برای مشاهده این مقاله، لینک مقاله را کلیک نمایید.
