گرافیت خیلی بیشتر از سرب مداد

ابرشبکه های گرافیتی درب نسل بعدی دستگاه های نانو الکترونیکی را باز می کنند

 

تصاویر میکروسکوپ تونلی روبشی (STM) از ابرشبکه های گرافیت با دوره های مختلف تصویر © Sumati Patil

"سرب" در مداد به هیچ وجه سرب نیست. این ماده از گرافیت ، متداول ترین شکل کربن و ماده ای با کاربردهای تخصصی دیگر ساخته شده است. مقاله اخیر در Surface Science ساختار و خصوصیات گرافیت را بررسی کرده است.

 

گرافیت بسیار نرم تر از الماس است ، نوع دیگر شناخته شده و طبیعی موجود در کربن. از ورقهای دو بعدی تشکیل شده است که هر کدام فقط یک اتم ضخامت دارند و مانند یک کاغذ روی هم قرار گرفته اند. اتمهای موجود در هر ورق ساختاری شش ضلعی و شبیه لانه زنبوری دارند و پیوندهای بین این اتمها بسیار قوی تر از آنهایی است که بین ورقها قرار دارند. ورق ها را می توان با حرارت دادن به طور صحیح تراز کرد تا صافی کامل داشته باشد. سپس به این نوع گرافیت گرافیت پیرولیتیک بسیار جهت دار یا HOPG گفته می شود.

 

علاقه به این ماده از کشف آن در سال 2004 ناشی می شود ، زیرا فیزیکدانان دریافتند که تک برگها می توانند به طور مستقل وجود داشته باشند. این ورقهای منفرد به گرافن معروف هستند. کشف آن برنده جایزه نوبل فیزیک 2010 آندره گیم و کنستانتین نووسلوف از دانشگاه منچستر انگلیس شد.

 

ورق های گرافن صدها برابر از فولاد ، یک میلیون برابر از موی انسان نازک تر و رساناهای کارآمد گرما و برق هستند. هنگامی که ورق ها روی هم قرار می گیرند ، یک جهت گیری ناچیز از بین بالاترین لایه و لایه زیر می تواند باعث ایجاد یک ساختار دوره ای شود که متفاوت از شبکه گرافن در هر ورق است. این ساختار به عنوان یک ابر شبکه شناخته می شود.

 

گروهی از دانشمندان به سرپرستی آپارنا دشپنده از انستیتوی علوم ، آموزش و تحقیقات هند در پونا ، هند ، اکنون ساختار دقیق و هدایت الکتریکی ابرشبکه های HOPG را بررسی کرده اند. با استفاده از میکروسکوپ تونلینگ روبشی (STM) ، که می تواند بالاترین بزرگنمایی ممکن را برای سطوح رسانا در قالب تصاویر 2 بعدی ایجاد کند ، آنها قادر به تصویربرداری از ابرجنسها تا وضوح اتمی بودند. همکار Deshpande ، سوماتی پاتیل ، می گوید: "ما ابرجلسات را با دوره های تکرار طولانی تر از گذشته مشاهده کردیم".

 

محققان همچنین برای اندازه گیری رسانایی الکتریکی سطح گرافیت از تکنیک مربوطه ، اسکن طیف سنجی تونل زنی استفاده کردند. آنها دریافتند که تغییر دوره ای بودن فوق العاده شبکه باعث تغییر رفتار آن نیز می شود.

 

پاتیل می افزاید: "درک چگونگی ایجاد ساختار ابرشبکه های گرافیتی به خصوصیات الکتریکی آنها منجر می شود زیرا این مواد اجزای امیدوار کننده در نسل بعدی دستگاه های الکترونیکی در مقیاس نانو هستند". این دستگاه ها ممکن است شامل ترانزیستورهای در مقیاس نانو ، سیستم های ذخیره سازی حافظه کوچک و حسگرهای زیستی برای تشخیص بیماری باشند.

 

اما پاتیل فقط به کاربردهای این اشکال گرافیت علاقه ندارد. وی می گوید: "به نظر من میکروسکوپ اسکن تونل زنی جذاب است زیرا به ما اجازه می دهد تا از اتمهای جداگانه ساختارهایی مانند ابرشبکه های گرافیت را تشکیل دهیم".

جزئیات مقاله:

Patil، S.، et al.: "Revisiting supergatts HOPG: خواص ساختار و رسانایی"، Surface Science (2017)