در جریان انتخابات ریاست جمهوری سال 2008 مهندسین دانشگاه میشیگان، تصاویری از چهره‌ی نامزد این انتخابات یعنی باراک اوباما را خلق کردند. این «نانوباماها» تصاویری معمولی به حساب نمی‌آمدند. به دلیل آنکه به قدری کوچک بودند که با چشم غیر مسلح دیده نمی‌شدند. این پژوهشگران آنها را از ورقه‌های لوله شده اتمهای کربن تحت عنوان نانولوله کربنی ساخته بودند. این نانولوله‌ها به عنوان اجزاء سازنده برخی انواع جدید ادوات الکترونیکی بکار برده می‌شوند.
در انتخابات ریاست جمهوری سال 2016 نیز مهندسین دانشگاه استنفورد واقع در کالیفرنیا از این نانوباماها به ایده‌‌ای جدید دست یافتند. آنها از روی تفنن، تصاویری فوق‌العاده کوچک از چهره‌های نامزدهای انتخاباتی را بوجود آوردند. اما این مهندسان برای این کار از نانولوله کربنی استفاده نکردند. و بجای آن تصاویر صورت را در ماده‌ای بنام دی سولفید مولیبدن یا MoS2 ترسیم نمودند. ضخامت این ماده تنها سه اتم است.
این ماده یکی از مواد فوق‌العاده نازکی است که دانشمندان در حال مطالعه بر روی آن جهت استفاده در وسایل الکترونیکی آتی هستند. هر قدر وسایل کوچکتر شوند، تراشه‌های کامپیوتری که آنها را به اجراء می‌گذارند نیز بایستی کوچکتر شوند. این تراشه‌ها اطلاعات را پردازش و ذخیره می‌سازند. تراشه‌های بکار رفته در تلفن‌های همراه و کامپیوترها از ماده‌ای تحت عنوان سیلیکون ساخته شده‌اند. این عنصر به طور طبیعی وجود دارد بدین معنی که بر روی کره زمین (از جمله در شن) یافت می‌شود. سیلیکون همچنین به عنوان یک نیمه هادی عمل می‌کند. این بدان معناست که می‌تواند هم اجازه عبور الکتریسیته از میان خود را دهد و هم مانع این جریان شود. تراشه‌های کامپیوتری دارای کانالها یا مدارهایی هستند که این مدارها به منظور فراهم ساختن امکان جریان یافتن الکتریسیته، درون آنها ترسیم شده‌اند. این نوع طراحی به این تراشه‌ها اجازه پردازش و ذخیره اطلاعات را می‌دهد.
اما سیلیکون نقاط ضعفی دارد که به عقیده دبدیپ جنا (Debdeep Jena)، این ماده جامد در تکه‌های نسبتاً بزرگ به خوبی الکتریسیته را از خود عبور می‌دهد، اما در قطعات بسیار کوچک، این کار را انجام نمی‌دهد. او در دانشگاه کورنل واقع در ایتاکا نیویورک مشغول مطالعه بر روی نیمه هادی‌ها است. جنا عنوان می‌کند که: «سیلیکون با ضخامت 50 یا 60 اتم خواص اصلی و مفید خود را از دست می‌دهد». این خواص توانایی این ماده در هدایت جریان الکتریسیته به شمار می‌روند.
دانشمندان به منظور حفظ جریان الکتریسیته در دستگاه‌های کوچکتر، بایستی ماده‌ای فراتر از سیلیکون را مد نظر قرار دهند. آنها قصد دارند موادی را بیابند که به هنگام رسیدن به ضخامت تنها چند اتم بتوانند به خوبی کار کنند. معروف‌ترین این مواد گرافن یعنی ورقه‌ای از کربن به ضخامت تنها یک اتم است. ماده دیگر MoS2 است. این ماده به عنوان یک روان کننده یا لغزاننده بکار برده می‌شود. به این معنا که به هنگام ساییده شدن دو سطح بر روی یکدیگر اصطکاک میان آنها را کاهش می‌دهد. MoS2 در طبیعت وجود دارد و معمولاً به صورت یک پودر سیاه نرم دیده می‌شود. همچنین در رگه‌های باریک کوارتز یافت می‌شود. اما دانشمندان به منظور استفاده از MoS2 جهت ساخت تراشه‌های کامپیوتری، بایستی این ماده را در آزمایشگاه تولید نمایند.
به گفته‌ی اریک پاپ مهندس برق و سرپرست تیم استنفورد: «MoS2 یک ماده نیمه هادی بسیار عالی است». او اظهار می‌دارد که: «این ماده از بعضی جهات ماده نیمه هادی بهتری نسبت به سیلیکون است».
به این علت که تراشه‌های ساخته شده از MoS2 فوق‌العاده نازک، می‌توانند بسیار کوچکتر از انواعی ساخته شوند که تاکنون با استفاده از سیلیکون ساخته شده‌اند. این بدان معناست که تعداد بیشتری از تراشه‌های کوچکتر را می‌توان درون یک وسیله واحد جای داد. به علاوه، به دلیل نازک بودن بسیار آن، تراشه‌هایی از MoS2 با ضخامت سه اتم شفاف و انعطاف پذیر خواهند بود. این امر می‌تواند آنها را برای صفحه نمایش‌های گرافیکی واقع در شیشه جلو اتومبیل کارآمد ساخته و یا می‌تواند یک پنجره را به یک تلویزیون تبدیل سازد.
گروه پاپ سالیان سال است که در حال اصلاح روش کار خود در خصوص نحوه ساخت MoS2 در آزمایشگاه هستند. او تشریح می‌سازد که: «این کار همانند آشپزی است که به کمی فراست و مقدار زیادی تمرین نیاز دارد». او اینگونه توضیح می‌دهد که: «ما با مواد کار می‌کنیم، بدین گونه که کمی دما را تغییر می‌دهیم» و در انتها می‌افزاید که: «آزمایش و خطای بسیاری در این کار وجود دارد».
در حال حاضر ساخت ورقه‌های مفید فایده از MoS2 که بسیار نازک باشند برای دانشمندان کار آسانی نیستدر حال حاضر ساخت ورقه‌های مفید فایده از MoS2 که بسیار نازک باشند برای دانشمندان کار آسانی نیست. گروه پاپ حتی نخستین تیمی نیست که این ماده را می‌سازد. این کار شبیه به یک ساندویچ بسیار کوچک است که بایستی اتم‌هایی از فلز مولیبدن را میان اتمهای گوگرد قرار دهند.
اما دستور کار جدید این گروه بر روی یافتن راهی جهت نازک ساختن MoS2 به قدر کافی جهت ساخت تراشه‌های کامپیوتری، متمرکز است.
اتمهای گوگرد یا سولفور بایستی با اتمهای مولیبدن ترکیب شوند. برای این کار پاپ و تیمش مواد خام را درون یک کوره حرارت داده تا زمانی که به بخار یا گاز تبدیل شوند. این اتفاق در دمای 850 درجه سانتیگراد یا 1562 درجه فارنهایت رخ می‌دهد. آنگاه با تنظیم دما و فشار کوره، دانشمندان می‌توانند اتمهای موجود در گاز را به قرار گرفتن در قسمت بالایی یک ماده متفاوت تحت عنوان بستر وادار سازند. این مرحله را رسوب نامند.
کلید بدست آوردن یک رسوب تمیز آن است که کاری کنند اتمها به شیوه‌ای به خط شده یا در کنار یکدیگر قرار گیرند که بتوانند صفحاتی را شکل دهند. اما این کار مستلزم دقت بسیار است و سخت انجام می‌شود. MoS2 به طور طبیعی به شکل مثلثهای کوچک شکل می‌گیرد. بدست آوردن مثلثهای بزرگ کار سختی است و به هم متصل ساختن انواع کوچک کنار یکدیگر نیز دشوار است.
تیم پاپ موفق به ساخت ورقه‌هایی از MoS2 به اندازه ناخن شست شدند. این اندازه به ظاهر بزرگ نیست اما نشان دهنده موفقیت روش جدید آنها است. همچنین ورقه‌ها را به قدر کافی بزرگ ساختند که بتوانند جهت عبور جریان الکتریسیته از میان خود، مدارها یا کانالهایی را نقش ببندند. به گزارش این پژوهشگران، تست مدارهای آنها رکودی جدید را در زمینه چگالی جریان در تراشه‌های MoS2 به ثبت رسانید. (چگالی جریان مقیاسی است که میزان جریان یافتن الکتریسیته از میان بخشی از یک ماده را نشان می‌دهد).
جنا عنوان می‌کند که آزمایشهای جدید آنها نشان دهنده آن است که ورقه‌های MoS2 را می‌توان فوق‌العاده کوچک و با عملکردی به کارآمدی عملکرد سیلیکون ساخت. او می‌افزاید که: «گروه پاپ نشان داده است که چگونه عملکرد مواد غیر طبیعی به عملکرد سیلیکون در حال نزدیک شدن است». جنا خود در این پروژه همکاری نداشته است.
او گمان می‌کند که به احتمال زیاد سالیان سال طول می‌کشد تا MoS2 را بتوان در وسایل خود مشاهده کنیم. «ما در مراحل بسیار اولیه تحقیق در این زمینه هستیم».
ورقه‌های بزرگتر دانشمندان را قادر خواهند ساخت تراشه‌های بیشتری بسازندگروه پاپ قصد دارند به اصلاح کار خود جهت ساخت ورقه‌های بزرگتر از MoS2 ادامه دهند. این ورقه‌های بزرگتر دانشمندان را قادر خواهند ساخت تراشه‌های بیشتری بسازند. پاپ عنوان می‌کند که: «روند پیشرفت کار تنها به اندازه کوره ما بستگی دارد». یک کوره بزرگتر دانشمندان را قادر خواهد ساخت ورقه‌های بزرگتر از اندازه ناخن انگشت بسازند. ساختن ورقه‌های بزرگ که بتوانند به مدارهایی تبدیل شوند امکان تولید انبوه این ماده را فراهم خواهد ساخت. او فرایند کار را به پخت پیتزا تشبیه می‌سازد. «بزرگی پیتزایی که می‌توانید بپزید به اندازه گاز فر خانه خواهد بود».
منبع: sciencenewsforstudents
در انتخابات ریاست جمهوری سال 2016 نیز مهندسین دانشگاه استنفورد واقع در کالیفرنیا از این نانوباماها به ایده‌‌ای جدید دست یافتند. آنها از روی تفنن، تصاویری فوق‌العاده کوچک از چهره‌های نامزدهای انتخاباتی را بوجود آوردند. اما این مهندسان برای این کار از نانولوله کربنی استفاده نکردند. و بجای آن تصاویر صورت را در ماده‌ای بنام دی سولفید مولیبدن یا MoS2 ترسیم نمودند. ضخامت این ماده تنها سه اتم است.
این ماده یکی از مواد فوق‌العاده نازکی است که دانشمندان در حال مطالعه بر روی آن جهت استفاده در وسایل الکترونیکی آتی هستند. هر قدر وسایل کوچکتر شوند، تراشه‌های کامپیوتری که آنها را به اجراء می‌گذارند نیز بایستی کوچکتر شوند. این تراشه‌ها اطلاعات را پردازش و ذخیره می‌سازند. تراشه‌های بکار رفته در تلفن‌های همراه و کامپیوترها از ماده‌ای تحت عنوان سیلیکون ساخته شده‌اند. این عنصر به طور طبیعی وجود دارد بدین معنی که بر روی کره زمین (از جمله در شن) یافت می‌شود. سیلیکون همچنین به عنوان یک نیمه هادی عمل می‌کند. این بدان معناست که می‌تواند هم اجازه عبور الکتریسیته از میان خود را دهد و هم مانع این جریان شود. تراشه‌های کامپیوتری دارای کانالها یا مدارهایی هستند که این مدارها به منظور فراهم ساختن امکان جریان یافتن الکتریسیته، درون آنها ترسیم شده‌اند. این نوع طراحی به این تراشه‌ها اجازه پردازش و ذخیره اطلاعات را می‌دهد.
اما سیلیکون نقاط ضعفی دارد که به عقیده دبدیپ جنا (Debdeep Jena)، این ماده جامد در تکه‌های نسبتاً بزرگ به خوبی الکتریسیته را از خود عبور می‌دهد، اما در قطعات بسیار کوچک، این کار را انجام نمی‌دهد. او در دانشگاه کورنل واقع در ایتاکا نیویورک مشغول مطالعه بر روی نیمه هادی‌ها است. جنا عنوان می‌کند که: «سیلیکون با ضخامت 50 یا 60 اتم خواص اصلی و مفید خود را از دست می‌دهد». این خواص توانایی این ماده در هدایت جریان الکتریسیته به شمار می‌روند.
دانشمندان به منظور حفظ جریان الکتریسیته در دستگاه‌های کوچکتر، بایستی ماده‌ای فراتر از سیلیکون را مد نظر قرار دهند. آنها قصد دارند موادی را بیابند که به هنگام رسیدن به ضخامت تنها چند اتم بتوانند به خوبی کار کنند. معروف‌ترین این مواد گرافن یعنی ورقه‌ای از کربن به ضخامت تنها یک اتم است. ماده دیگر MoS2 است. این ماده به عنوان یک روان کننده یا لغزاننده بکار برده می‌شود. به این معنا که به هنگام ساییده شدن دو سطح بر روی یکدیگر اصطکاک میان آنها را کاهش می‌دهد. MoS2 در طبیعت وجود دارد و معمولاً به صورت یک پودر سیاه نرم دیده می‌شود. همچنین در رگه‌های باریک کوارتز یافت می‌شود. اما دانشمندان به منظور استفاده از MoS2 جهت ساخت تراشه‌های کامپیوتری، بایستی این ماده را در آزمایشگاه تولید نمایند.
به گفته‌ی اریک پاپ مهندس برق و سرپرست تیم استنفورد: «MoS2 یک ماده نیمه هادی بسیار عالی است». او اظهار می‌دارد که: «این ماده از بعضی جهات ماده نیمه هادی بهتری نسبت به سیلیکون است».
به این علت که تراشه‌های ساخته شده از MoS2 فوق‌العاده نازک، می‌توانند بسیار کوچکتر از انواعی ساخته شوند که تاکنون با استفاده از سیلیکون ساخته شده‌اند. این بدان معناست که تعداد بیشتری از تراشه‌های کوچکتر را می‌توان درون یک وسیله واحد جای داد. به علاوه، به دلیل نازک بودن بسیار آن، تراشه‌هایی از MoS2 با ضخامت سه اتم شفاف و انعطاف پذیر خواهند بود. این امر می‌تواند آنها را برای صفحه نمایش‌های گرافیکی واقع در شیشه جلو اتومبیل کارآمد ساخته و یا می‌تواند یک پنجره را به یک تلویزیون تبدیل سازد.
گروه پاپ سالیان سال است که در حال اصلاح روش کار خود در خصوص نحوه ساخت MoS2 در آزمایشگاه هستند. او تشریح می‌سازد که: «این کار همانند آشپزی است که به کمی فراست و مقدار زیادی تمرین نیاز دارد». او اینگونه توضیح می‌دهد که: «ما با مواد کار می‌کنیم، بدین گونه که کمی دما را تغییر می‌دهیم» و در انتها می‌افزاید که: «آزمایش و خطای بسیاری در این کار وجود دارد».
در حال حاضر ساخت ورقه‌های مفید فایده از MoS2 که بسیار نازک باشند برای دانشمندان کار آسانی نیستدر حال حاضر ساخت ورقه‌های مفید فایده از MoS2 که بسیار نازک باشند برای دانشمندان کار آسانی نیست. گروه پاپ حتی نخستین تیمی نیست که این ماده را می‌سازد. این کار شبیه به یک ساندویچ بسیار کوچک است که بایستی اتم‌هایی از فلز مولیبدن را میان اتمهای گوگرد قرار دهند.
اما دستور کار جدید این گروه بر روی یافتن راهی جهت نازک ساختن MoS2 به قدر کافی جهت ساخت تراشه‌های کامپیوتری، متمرکز است.
اتمهای گوگرد یا سولفور بایستی با اتمهای مولیبدن ترکیب شوند. برای این کار پاپ و تیمش مواد خام را درون یک کوره حرارت داده تا زمانی که به بخار یا گاز تبدیل شوند. این اتفاق در دمای 850 درجه سانتیگراد یا 1562 درجه فارنهایت رخ می‌دهد. آنگاه با تنظیم دما و فشار کوره، دانشمندان می‌توانند اتمهای موجود در گاز را به قرار گرفتن در قسمت بالایی یک ماده متفاوت تحت عنوان بستر وادار سازند. این مرحله را رسوب نامند.
کلید بدست آوردن یک رسوب تمیز آن است که کاری کنند اتمها به شیوه‌ای به خط شده یا در کنار یکدیگر قرار گیرند که بتوانند صفحاتی را شکل دهند. اما این کار مستلزم دقت بسیار است و سخت انجام می‌شود. MoS2 به طور طبیعی به شکل مثلثهای کوچک شکل می‌گیرد. بدست آوردن مثلثهای بزرگ کار سختی است و به هم متصل ساختن انواع کوچک کنار یکدیگر نیز دشوار است.
تیم پاپ موفق به ساخت ورقه‌هایی از MoS2 به اندازه ناخن شست شدند. این اندازه به ظاهر بزرگ نیست اما نشان دهنده موفقیت روش جدید آنها است. همچنین ورقه‌ها را به قدر کافی بزرگ ساختند که بتوانند جهت عبور جریان الکتریسیته از میان خود، مدارها یا کانالهایی را نقش ببندند. به گزارش این پژوهشگران، تست مدارهای آنها رکودی جدید را در زمینه چگالی جریان در تراشه‌های MoS2 به ثبت رسانید. (چگالی جریان مقیاسی است که میزان جریان یافتن الکتریسیته از میان بخشی از یک ماده را نشان می‌دهد).
جنا عنوان می‌کند که آزمایشهای جدید آنها نشان دهنده آن است که ورقه‌های MoS2 را می‌توان فوق‌العاده کوچک و با عملکردی به کارآمدی عملکرد سیلیکون ساخت. او می‌افزاید که: «گروه پاپ نشان داده است که چگونه عملکرد مواد غیر طبیعی به عملکرد سیلیکون در حال نزدیک شدن است». جنا خود در این پروژه همکاری نداشته است.
او گمان می‌کند که به احتمال زیاد سالیان سال طول می‌کشد تا MoS2 را بتوان در وسایل خود مشاهده کنیم. «ما در مراحل بسیار اولیه تحقیق در این زمینه هستیم».
ورقه‌های بزرگتر دانشمندان را قادر خواهند ساخت تراشه‌های بیشتری بسازندگروه پاپ قصد دارند به اصلاح کار خود جهت ساخت ورقه‌های بزرگتر از MoS2 ادامه دهند. این ورقه‌های بزرگتر دانشمندان را قادر خواهند ساخت تراشه‌های بیشتری بسازند. پاپ عنوان می‌کند که: «روند پیشرفت کار تنها به اندازه کوره ما بستگی دارد». یک کوره بزرگتر دانشمندان را قادر خواهد ساخت ورقه‌های بزرگتر از اندازه ناخن انگشت بسازند. ساختن ورقه‌های بزرگ که بتوانند به مدارهایی تبدیل شوند امکان تولید انبوه این ماده را فراهم خواهد ساخت. او فرایند کار را به پخت پیتزا تشبیه می‌سازد. «بزرگی پیتزایی که می‌توانید بپزید به اندازه گاز فر خانه خواهد بود».
منبع: sciencenewsforstudents
