کشش، کاربردهای جدیدی به مواد دوبعدی می‌دهد

سیلان بی پایان جریان الکتریکی ابررساناها می تواند گزینه های جدیدی برای ذخیره سازی انرژی و انتقال و تولید الکتریکی فوق کارا فراهم کند. اما مقاومت الکتریکی صفر ابررساناها فقط زیر یک دمای بحرانی خاص حاصل می شود و دستیابی به آن دما بسیار گران است. فیزیکدانان در صربستان معتقدند که راهی برای دستکاری تک لایه های اَبَرنازک ویفر مانند ابررساناها پیدا کرده اند، که بنابراین خواص مواد را برای ایجاد مواد مصنوعی جدید برای دستگاه های آینده تغییر می دهند. این تصویر، یک فیلم گرافن فاز مایع را که روی زیر لایه PET نشانده شده است نشان می دهد. اعتبار: آزمایشگاه گرافن، دانشگاه بلگراد
 
سیلان بی پایان جریان الکتریکی ابررساناها می تواند گزینه های جدیدی برای ذخیره سازی انرژی و انتقال و تولید الکتریکی فوق کارا فراهم کند که فقط می توان کمی از مزایای آنها را نام برد. اما مقاومت الکتریکی صفر ابررساناها تنها در زیر یک دمای بحرانی معین، که صدها درجه سانتیگراد پایین تر از نقطه انجماد است و رسیدن به آن بسیار گران است، قابل حصول است.
 
فیزیکدانان دانشگاه بلگراد معتقدند که راهی برای دستکاری تک لایه های اَبَرنازک ویفر مانند ابررساناها پیدا کرده اند، که بنابراین خواص مواد را برای ایجاد مواد مصنوعی جدید برای دستگاه های آینده تغییر می دهد. یافته های محاسبات نظری گروه و روش های تجربی آنها در مجله فیزیک کاربردی منتشر شده است.
 
نخستین نویسنده مقاله از آزمایشگاه LEX دانشگاه بلگراد، ولادان سلنوبوویچ، گفت: "کاربرد کشش دو محوره‌ی تنشی منجر به افزایش دمای بحرانی می شود، بدین معنا که دستیابی به ابررسانایی با درجه حرارت بالا در زیر کشش، آسان تر است."
 
این تیم بررسی کرد که چگونه هدایت در مواد کم ابعاد، مانند گرافنِ تقویت شده با لیتیوم، زمانی که انواع مختلف نیروها "کششی" را بر روی ماده اعمال می کنند، تغییر می کند. از مهندسی کشش برای تنظیم ظریف خواص مواد بزرگتر استفاده شده است، اما مزیت استفاده از کشش در مواد کم بعد، به ضخامت تنها یک اتم، این است که آنها می توانند بدون شکستن، کشش های بزرگ را تحمل کنند.
 
هدایت الکتریکی به حرکت الکترونها بستگی دارد و اگر چه هفت ماه کار سخت برای استنتاج دقیق ریاضیات برای توصیف این جنبش در مدل هابارد لازم بود، تیم در نهایت توانست به لحاظ نظری ارتعاش و ترابری الکترون را امتحان کند. این مدلها، همراه با روشهای محاسباتی، نشان دادند که چگونه کشش موجب تغییرات بحرانی در تک لایه‌ای های گرافن تقویت شده و دی‌بورید منیزم می شود.
 
سلنوبوویچ، که توضیح می داد که ترکیب دستکاری کشش با سازگاری شیمیایی گرافن، پتانسیل ایجاد طیف وسیعی از مواد را به وجود می آورد، گفت: "قرار دادن یک ماده کم ابعاد تحت کشش، مقادیر تمام پارامترهای ماده را تغییر می دهد؛ بدین معنی که امکان طراحی مواد با توجه به نیازهای ما برای انواع کاربرد ها وجود دارد." با توجه به انعطاف پذیری بالا، قدرت، و شفافیت نوری گرافن، کاربرد آن می تواند دور از دسترس باشد - فکر کنید به الکترونیک انعطاف پذیر و دستگاه های اپتوالکتریکی.
 
با برداشتن یک گام به جلوتر، سلنوبوویچ و همکارانش آزمایش کردند که چگونه دو روش متفاوت مهندسیِ کشش تک لایه های نازک گرافن بر ساختار و رسانایی شبکه ماده دو بعدی تاثیر می گذارد. برای ورقه های پوسته پوسته ای گرافن در فاز مایع، تیم دریافت که فشارهای کششی پوسته های منفرد را جدا می کرد و به این ترتیب مقاومت را افزایش می داد، که خاصیتی است که می تواند برای ساخت حسگرهایی مثل صفحات لمسی و پوست الکترونیکی، که ماده ای الکترونیکی است که ویژگی های پوست انسان را تقلید می کند، استفاده شود.
 
جلنا پسیک، یکی دیگر از نویسندگان مقاله، از آزمایشگاه گرافن دانشگاه بلگراد، گفت: "در مطالعه میکروسکوپی نیروی اتمی بر روی نمونه های گرافنی ورقه ورقه شده‌ی میکرومکانیکی، ما نشان دادیم که شیارهای تولید شده در گرافن می تواند یک پلت فرم عالی برای مطالعه تغییرات موضعی در هدایت گرافنیِ ناشی از کشش باشد. و این نتایج می تواند مربوط باشد به پیش بینی نظری ما در مورد اثرات کشش روی رسانایی در سیستم های شبه یک بعدی.
 
گرچه تیم پیش بینی بسیاری از چالش های آزمایشی برای تحقق محاسبات نظری این مقاله را می کند، ولی هیجان زده اند که کارشان به زودی می تواند در "رشته فناوری نانو تغییرات اساسی ایجاد کند".
 

 

اعتبار: دانشگاه کمبریج
 
محققان دریافته اند که برخی از مواد مغناطیسی فوق نازک می توانند تحت فشار بالا از عایق به رسانا تغییر موقعیت دهند، و این پدیده ای است که می تواند در توسعه دستگاه های نسل بعدی الکترونیک و ذخیره حافظه مورد استفاده قرار گیرد.
 
تیم بین المللی محققان، به رهبری دانشگاه کمبریج، می گوید که نتایج آنها، که در مجله Physical Review Letters گزارش شده است، در درک ارتباط پویا بین خواص الکترونیکی و ساختاری ماده، که گاهی اوقات به عنوان گرافن مغناطیسی به آن اشاره می شود، کمک خواهد کرد و ممکن است یک روش جدید برای تولید مواد دوبعدی باشد.
 
گرافن مغناطیسی، یا تریتیوهایپوفسفات آهن (FePS3)، از خانواده‌ی مواد شناخته شده تحت عنوان مواد وان در والس است و برای اولین بار در دهه 1960 سنتز شد. قرار دادن یک ماده کم ابعاد تحت کشش، مقادیر تمام پارامترهای ماده را تغییر می دهد. با این حال، در دهه گذشته، محققان با نگاهی تازه FePS3 را در نظر گرفتند. همانند گرافن، که یک فرم دو بعدی از کربن است، FePS3 را می توان به لایه های فوق نازک ورقه ورقه کرد. با این حال، بر خلاف گرافن، FePS3 مغناطیسی است.
 
اسپین به عنوان چشمه مغناطیسی الکترونها شناخته شده است. اسپین باعث می شود که الکترونها تا حدودی مثل آهنرباهای میله ای کوچک رفتار کنند و جهت گیری معینی داشته باشند. از مغناطیس ناشی از آرایش اسپین های الکترونی در اکثر دستگاه های حافظه استفاده می شود و برای توسعه فن آوری های جدیدی مانند اسپینترونیکس، که می تواند نحوه پردازش اطلاعات کامپیوتر را تغییر دهد، مهم است.
 
علیرغم قدرت و رسانایی خارق العاده گرافن، این حقیقت که مغناطیسی نیست کاربرد آن را در زمینه های مانند ذخیره سازی مغناطیسی و اسپینترونیکس محدود می کند، و بنابراین محققان در حال جستجو برای ماده مغناطیسی‌ای بوده اند بتواند با دستگاه های مبتنی بر گرافن یکی شود.
 
در این راه محققان کمبریج برای مطالعه خود، لایه های FePS3 را تحت فشار بالا (حدود 10 گیگاپاسکال) در هم مخلوط کردند. آنها دریافتند که محصول بین یک عایق و هادی شیفت می کند، که این یک پدیده شناخته شده تحت عنوان گذار Mott است. رسانایی نیز می تواند با تغییر فشار تنظیم شود.
 
منبع: مؤسسه فیزیک آمریکا