شبیه‌سازی‌های نانومقیاس و تحقیقات تئوریک دانشمندان آمریکایی آنها را یک گام دیگر به درک قابلیت‌های گرافن در کاربردهای الکترونیکی نزدیک‌تر کرده است.
جلوگیری از تشکیل حلقه‌های نامطلوب در گرافن
شبیه‌سازی‌های نانومقیاس و تحقیقات تئوریکی که در بخش انرژی آزمایشگاه ملی ORNL) Oak Ridge) انجام شده است، دانشمندان را یک گام دیگر به درک قابلیت‌های گرافن در کاربردهای الکترونیکی نزدیک‌تر کرده است.
گرافن یک ماده مستحکم سبک با رسانایی الکتریکی بالاست که شبیه کندوی عسل نانومقیاس است. محققان ORNL کشف کرده‌اند که چگونه حلقه‌های نامطلوب در این ماده شکل می‌گیرند.
حلقه‌های ساختاری که بعضی وقتها هنگام تمیز کردن گرافن تشکیل می‌شوند، می‌توانند ماده را برای کاربردهای الکترونیکی نامناسب سازند. صنعت الکترونیک علاقه بسیار زیادی به حل این مشکل دارد.
بابی سومپتر یکی از محققان این کار می‌گوید: «گرافن با توجه به قابلیت‌هایی که در زمینه تولید قطعات الکترونیکی گران‌قیمتی همچون ترانزیستورها یا نیمه‌رساناهای دیگر دارد، به یک ستاره نوظهور در دنیای مواد تبدیل خواهد شد».
این گروه برای شبیه‌سازی فرایند تمیز کردن گرافن از دینامیک مولکولی کوانتومی استفاده کردند. محاسبات انجام شده در ابررایانه‌های ORNL محققان را به سمت یک مرحله میانی فراوری رهنمون ساخت که تاکنون مغفول مانده بود.
تصویربرداری با میکروسکوپ الکترونی عبوری یا TEM گرافن را در معرض تابش الکترونی قرار داده و در نهایت از تشکیل حلقه‌ها جلوگیری می‌کند. شبیه‌سازی‌های انجام شده نشان دادند که الکترون‌هایی که برای تصویربرداری به ماده تزریق می‌شوند، به‌‌طور همزمان ساختار ماده را نیز تغییر می‌دهند.
سومپتر می‌گوید: «تصویربرداری با TEM فقط یک فرایند تصویربرداری ساده نیست. شاید در همان حالی که در حال تصویربرداری هستید، ساختار ماده و در نتیجه تصویر ایجاد شده را عوض کنید».
این تحقیق بر اساس یافته‌هایی انجام شده است که نتایج آن قبلاً در مجله Science منتشر شده بود. در این کار قبلی سومپتر و وینسنت مونیر که یکی دیگر از محققان این کار است، فرایندی را معرفی کرده‌اند که در آن با عبور جریان الکتریکی از گرافن (طی فرایندی به نام حرارت‌دهی ژول)، لبه‌های این ماده تمیز می‌شود. کیفیت گرافن به تمیز و یکنواخت بودن لبه‌های آن بستگی دارد که تعیین‌کننده کارایی این ماده در انتقال الکترون‌هاست.
مونیر می‌گوید تمیز کردن لبه‌های گرافن برای استفاده از این ماده در الکترونیک ضروری است. او می‌افزاید: «یک ماشین اسپرت بسیار عالی را تصور کنید که تایرهای آن مربعی شکل هستند. چنین ماشینی به چه دردی می‌خورد؟ این دقیقاً شبیه داشتن لبه‌های ناهموار در گرافن است».
مطالعات تجربی اخیر نشان داده‌اند که حرارت‌دهی ژول منجر به ایجاد حلقه‌های نامطلوبی می‌شود که لایه‌های مختلف گرافن را به هم وصل می‌کنند. در این تحقیق چگونگی اثرگذاری تابش الکترونی TEM روی فرایند تمیز کردن گرافن از طریق جلوگیری از تشکیل حلقه‌ها در سطح اتمی بررسی شده است.
