محققان مواد جدیدی را برای کمک به الکترونیک قدرت کشف کردند

توضیح تصویر: بورد مدار الکترونیکی
اعتبار: © Raimundas / Fotolia
 
پیدا کردن می‌تواند نحوه ایجاد دستگاه‌های الکترونیکی را تغییر دهد.
   

الکترونیک جهان ما را کنترل می کند، اما الکترونها الکترونیک ما را اداره می‌کنند.
 
یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه ایالتی اوهایو راهی برای ساده کردن نحوه استفاده‌ی ابزارهای الکترونیکی از الکترونها را کشف کرده اند - با استفاده از ماده‌ای که می تواند نقش دوگانه‌ای در الکترونیک را بازی کند، در حالی که از لحاظ تاریخی مواد چندگانه‌ای لازم بوده است.
 
این تیم یافته های خود را در مجله Nature Materials منتشر کرد.  این اجبار در علم وجود دارد که شما یا الکترون دارید و یا حفره، اما شما هر دو را با هم ندارید. اما یافته های ما این اجبار را از بین می برد
 
جوزف هرمنس، یکی از نویسندگان این مقاله، استاد مهندسی مکانیک و هوافضا و دانشمند برجسته اوهایو در نانو تکنولوژی در ایالت اوهایو گفت: "ما اساسا یک ماده دو شخصیتی پیدا کردیم." "این مفهومی است که قبلاً وجود نداشت."
 
یافته های آنها می تواند به معنای تجدید نظر در راه مرسوم مهندسان برای ایجاد انواع مختلف دستگاه های الکترونیکی باشد. این شامل مواردی است از جمله سلولهای خورشیدی، دیودهای نوری در تلویزیون شما، ترانزیستورهای لپ تاپ شما و سنسورهای نور در دوربین گوشی هوشمند شما.
 
این دستگاه ها بلوک های ساختمانی برق هستند: هر الکترون دارای باری منفی است و می تواند بسته به نحوه دستکاری آن، انرژی را تابش یا جذب کند. حفره ها – که اساسا عدم وجود الکترون یا جای خالی آنند - دارای بار مثبت هستند. دستگاه های الکترونیکی با حرکت الکترونها و حفره ها - اساسا هدایت جریان برق – کار می کنند.
 
اما از لحاظ تاریخی، هر بخش از دستگاه الکترونیکی تنها می تواند به عنوان نگهدارنده الکترون یا دارنده حفره عمل کند نه هر دو. این به این معناست که الکترونیک نیاز به چندین لایه و چندین ماده برای عملکرد دارد.
 
اما محققان ایالت اوهایو ماده ای را پیدا کردند - کریستال NaSn2As2  که می تواند هم نگهدارنده الکترون و هم حفره باشد – که به طور بالقوه نیاز به چند لایه ای بودن را مرتفع می سازد.
 
ولفگانگ ویندل، استاد علوم و مهندسی مواد در ایالت اوهایو و مؤلف همکار در این مطالعه همچنین گفت: "این اجبار در علم وجود دارد که شما یا الکترون دارید و یا حفره، اما شما هر دو را با هم ندارید. اما یافته های ما این اجبار را از بین می برد." "و این به این معنی نیست که الکترون یک حفره می شود، زیرا این همان اجتماع ذرات است. در اینجا، اگر به ماده در یک راه نگاه کنید، به نظر می رسد یک الکترون است، اما اگر به راه دیگری نگاه به آن داشته باشید، به نظر می رسد یک حفره است." این یافته می تواند الکترونیک ما را ساده تر کند، شاید سیستم های کارآمدتری را ایجاد کند که سریعتر عمل کنند و کمتر خراب شوند.

 
این یافته می تواند الکترونیک ما را ساده تر کند، شاید سیستم های کارآمدتری را ایجاد کند که سریعتر عمل کنند و کمتر خراب شوند.
 
به آن به عنوان ماشین روب گلدبرگ و یا بازی تخته تله موش دهه 1960 فکر کنید: هر چه قطعات بیشتری در بازی باشد و اجزای متحرک بیشتر باشند، انرژی با کارآمدی کمتری در سراسر سیستم حرکت می کند - و احتمال بیشنری وجود دارد که چیزی ناموفق باشد.
 
جاشوا گلدبرگر، استاد شیمی و بیوشیمی در ایالت اوهایو گفت: "اکنون ما این خانواده جدید از کریستال های لایه دار را داریم که در آن حاملین بار در حین حرکت در داخل لایه ها مانند الکترون ها رفتار می کنند و در هنگام عبور از بین لایه ها مانند حفره ها عمل می کنند... شما می توانید تصور کنید که ممکن است برخی از دستگاه های الکترونیکی منحصر به فرد را شما خلق کنید."
 
محققان این پدیده دو قابلیتی را "قطبش زاویه‌ای" نامیدند. آنها بر این باورند که این مواد به دلیل ساختار الکترونیکی منحصر به فردشان به این ترتیب عمل می کنند و می گویند احتمال دارد مواد دیگر لایه ای نیز بتوانند این ویژگی را نشان دهند.
 
Heremans گفت: "ما آنها را هنوز پیدا نکرده ایم." "اما اکنون می دانیم که آنها را جستجو می کنیم."
 
محققان این کشف را تقریبا تصادفی انجام دادند. یک پژوهشگر فارغ التحصیل در آزمایشگاه Heremans، بن او، خواص کریستال را اندازه گیری کرد. او متوجه شد که این مواد گاهی اوقات مانند یک دارنده الکترون و بعضی اوقات مانند دارنده حفره رفتار می کنند - چیزی که در آن زمان، علم فکر کرد غیرممکن است. او فکر کرد شاید او اشتباه کرده است، و دوباره و دوباره آزمایش را انجام داد و نتایج مشابهی پیدا کرد.
 
Heremans گفت این چیزی بود که مورد توجه او قرار گرفت و هیچ فرضی در مورد آن نکرد.
 
او از آن زمان یک جایگاه پسا دکترا را در مؤسسه ماکس پلانک در درسدن آلمان پذیرفته شده است.

مواد الکترونیکی به عنوان یک مانع عمده برای پیشرفت الکترونیک انعطاف پذیر محسوب می‌شده‌اند، زیرا مواد موجود پس از شکستن و بهبودی خوب عمل نمی کنند. با این وجود، یک ماده جدید الکترونیکی که توسط یک تیم بین المللی ایجاد شده است، می تواند تمام عملکردهای خود را به طور خودکار حتی پس از چندین بار شکسته شدن بهبود دهد. این ماده می تواند دوام الکترونیک پوشیدنی را بهبود بخشد. ما می خواستیم موادی الکترونیکی را پیدا کنیم که خود را برای بازگرداندن تمام قابلیت هایش تعمیر کند
 
چینگ وانگ، استاد علوم و مهندسی مواد، ایالت پن، گفت: "الکترونیک پوشیدنی و قابل خم شدن در طول زمان به تغییر شکل مکانیکی می انجامد که می تواند آنها را از بین ببرد یا آنها را بشکند." "ما می خواستیم موادی الکترونیکی را پیدا کنیم که خود را برای بازگرداندن تمام قابلیت هایش تعمیر کند، و این کار را حتی پس از چندین بار شکسته شدن انجام دهد."
 
مواد خود-بهبود موادی هستند که پس از تحمل تغییر شکل فیزیکی مانند بریده شدن از وسط، به طور طبیعی خود را با تأثیر خارجی اندک تا هیچ، تعمیر می‌کنند.
 
برگرفته از سایت ساینس دِیلی

مترجم: حمید وثیق زاده انصاری