آیا گرافین بهتر از گرافن است؟!

[∆ MeRzaD ∆]

محققان آلمانی با شبیه سازی کامپیوتری موفق به طراحی ماده‌ای به نام گرافین شدند که می‌تواند رقیبی برای گرافن محسوب شود. از نظر ساختاری گرافین بسیار شبیه به گرافن است یعنی از ورقه‌های کربنی به ضخامت یک اتم تشکیل شد‌اند اما برخلاف گرافن که تنها به‌صورت شبکه لانه زنبوری وجود دارد، گرافین می‌تواند به‌صورت ساختارهای دو بعدی ظاهر شود.

نتایج تحقیقات این پروژه نشان می‌دهد که گرافین دارای خواص الکترونیکی جالبی است. این ماده دارای ویژگی "تیرک مخروطی" است که منجر به بروز خواص الکترونیکی منحصر به‌فردی در این ماده می‌شود. یکی از انواع گرافین‌ها، گرافین دارای شبکه مستطیلی است که به دلیل ساختار هندسی که دارد از خواص الکترونیکی مناسبی برخوردار بوده که این موضوع می‌تواند مسیر استفاده از این نوع ماده را در ادوات الکترونیکی مبتنی بر کربن هموار کند.

گرافن نیز به‌دلیل وجود تیرک مخروطی از خواص الکترونیکی جالبی برخوردار است. زمانی که ماده به‌صورت دو بعدی است باند ظرفیت و هدایت در یک نقطه از سطح فرمی با هم تلاقی دارند، در نتیجه انرژی سینتیکی الکترون‌ها در لایه هدایت با ممنتوم آن به‌صورت مستقیم رابطه دارد. چنین رابطه‌ای تنها در فوتون‌ها، که اجسامی بدون جرم هستند، دیده می‌شود. از آنجایی که انرژی الکترون و دیگر ذرات ماده  در سرعت‌های غیر نسبیتی، با درجه دوم ممنتوم رابطه دارد بنابراین انرژی آنها با مجذور ممنتوم‌شان بستگی دارد. بنابراین الکترون‌ها در گرافن همانند ذرات غیر نسبیتی و بدون جرم عمل کرده پس می‌توانند با سرعت‌های بسیار بالا حرکت کنند. این ویژگی موجب می شود ترانزیستورها سریع‌تر کار کنند.

پیش این تصور می‌شد که تیرک مخروطی تنها در گرافن وجود دارد اما محققان دانشگاه ارلانگن-نورنبرگ نشان دادند که  این ویژگی در گروهی از مواد موسوم به گرافین نیز وجود دارد. گرافین‌ها ساختاری مشابه گرافن دارند با این تفاوت که این آلوتروپ دو بعدی کربن به‌جای پیوند دوگانه، دارای هر دو پیوند دوگانه و سه‌گانه کربنی است بنابراین شکل هندسی این ماده نیز می‌تواند متنوع باشد. نتایج شبیه سازی کامپیوتری نشان می‌دهد که گرافین می‌تواند به‌صورت دو ساختار شش وجهی و یک ساختار مستطیلی وجود داشته باشد که همه این اشکال دارای تیرک مخروطی هستند.

گرافین‌ها به دو دلیل می‌تواند خواص جالب‌تری نسبت به گرافن داشته باشند، اول این که به‌دلیل تقارن مستطیلی خواص الکترونیکی بهتری دارند به‌طوری که این خواص الکترونیکی وابسته به جهت بوده یعنی در جهات مختلف، متفاوت است. دوم این که گرافین دارای دو تیرک مخروطی مختلف است که کمی بالاتر و پایین‌تر از سطح فرمی آن قرار دارد، این بدان معناست که گرافن خود تقویت شونده است.

منبع: ستاد توسعه فناوری نانو