غلبه بر مشکل نویز در نانوابزارها

نویزهای با فرکانس پایین یک مشکل بزرگ در ابزارهای نانومقیاس
هستند، اما محققان آی‌بی‌ام کشف کرده‌اند که می‌توان با
استفاده از ابزارهای ساخته شده از گرافن دولایه، بر این مشکل
غلبه کرد. این نتایج بدین معنی هستند که این مواد که کاملاً با
گرافن یک لایه تفاوت دارند، برای کاربردهایی که باید میزان
نویز پایین باشد (همانند حسگرها و ابزارهای ارتباطی)، ایده‌آل
هستند.

یومینگ لین و فادون آووریس در مرکز تحقیقاتی T J Watson آی‌بی‌ام
با کشف خود یکی از مشکلات کلیدی در زمینه نانوالکترونیک را با
استفاده از گرافن حل کرده‌اند. این محققان ثابت کرده‌اند که
نوسانات الکتریکی اتفاقی یا نویز را می‌توان در ابزارهای گرافن
دولایه‌ای از بین برد.

قانون هوگ

به طور ایده‌آل، نویز در یک ابزار (که توسط بارهای الکتریکی که
به روشی غیرقابل پیش‌بینی و غیر قابل کنترل حرکت می‌کنند،
ایجاد می‌شود) باید در مقایسه با سیگنال جریان اصلی قابل چشم‌پوشی
باشد. با این حال در ابزارهای نانومقیاس این نویز با کاهش
اندازه ابزار به طور معکوس تغییر می‌کند. این روند که توسط
قانون هوگ بیان شده است، بدین معناست که با کوچک‌تر شدن ابزار،
نویز افزایش می‌یابد. لین توضیح می‌دهد: «بنابراین این نویز در
نانوابزارهای حاوی تنها چند اتم، می‌تواند بزرگ‌تر از سیگنال
جریان بوده و عملاً ابزار را بدون استفاده سازد».

وی در مصاحبه با nanotechweb.org بیان داشت: «کار ما نشان
می‌دهد که گرافن دولایه برای ساخت ابزارها و مدارات نانومقیاس
مفید است.به علاوه می‌توان از این نتایج برای درک چگونگی کاهش
نویز در ابزارهای نانومقیاس دیگر بهره برده و در نتیجه کارایی
آنها را گسترش داد». لین و آووریس این نتایج را با استفاده از
گرافن تک‌لایه و ‌دولایه‌ای که ساخته بودند، به دست آوردند.
ورقه‌های گرافن با استفاده از تورق مکانیکی گرافیت بسیار منظم
(ماده مورد استفاده در مداد) به دست آمدند.

«عایق نویز»

یک ابزار اثر زمینه ساخته شده از یک تک‌ورقه گرافن از قانون
هوگ پیروی می‌کند. این رفتار در ترانزیستوریهای سیلیکونی و
نانولوله‌های کربنی نیز دیده می‌شود. با این حال نویز در ابزار
مشابهی از دو لایه گرافن ساخته شده بود، وجود نداشت. بنا بر
گفته لین و آووریس، به دلیل جفت شدن الکتریکی قوی میان دو لایه
گرافن از بروز نویز جلوگیری می‌شود. لین می‌گوید: «این جفت شدن
دخالت منابع نویز را خنثی کرده و این سیستم به عنوان یک «عایق
نویز» عمل می‌کند».