ساخت موادی به ضخامت یک اتم

سیناپرس: شکاف انرژی خلاء بسیار کوچکی است که تنها توسط میکروسکوپ الکترون عبوری پرتوان قابل مشاهده است.پژوهشگران دانشگاه پنسیلوانیا معتقدند شکاف انرژی سدی است که مانع از عبور آسان الکترون‌ها از یک لایه در ماده به لایه دیگر می‌شود و در واقع لایه عایقی است که در مواد ساخته شده مصنوعی نیز به طور طبیعی ایجاد می‌شود. پژوهشگران هم‌چنان در تلاش برای فهم چگونگی حرکت عمودی الکترون‌ها از شکاف انرژی هستند و یقین دارند که عبور از این سد نیازمند دریافت انرژی زیادی توسط الکترون است. آنها به کمک مجموعه‌ نظریه‌ها، مشاهدات آزمایشگاهی و مدلسازی رایانه‌ای دریافتند که در طراحی مواد جدید باید شکاف انرژی را به حساب بیاورند.      

 

پژوهشگران پنسیلوانیایی برای اولین بار یک لایه تک اتمی از دی‌سلنید تنگستن را روی بستری از گرافین به ضخامت یک اتم رشد دادند. و زمانی‌که می‌خواستند ولتاژی را به لایه بالایی دی‌سلنید تنگستن و لایه پایینی گرافین وصل کنند، با مقدار مقاومت عجیبی مواجه شدند.        

حدود نیمی از مقدار مقاومت توسط شکاف ایجاد شده بود که سد بزرگی در حدود یک الکترون‌ولت را در مقابل جابجایی الکترون بین لایه‌ها ایجاد می‌کرد. این سد انرژی می‌تواند در طراحی ادوات الکترونیکی نسل بعدی مانند ترانزیستورهای تونل‌زنی عمودی اثرمیدانی مفید واقع شود.    

با کشف روش ایجاد گرافیت تک لایه توسط نوار اسکاچ برای جداکردن مکانیکی لایه‌ای به ضخامت یک اتم کربن به نام گرافین از گرافیت حجیم، توجه بیشتری به مواد واندروالسی جلب شد. نیروی واندروالسی که لایه‌های گرافیت را به هم متصل می‌کند آنقدر ضعیف است که می‌توان یک لایه اتمی از آن را جدا کرد.

پژوهشگران پنسیلوانیایی از روش مقیاس‌پذیرتر و متفاوتی به نام لایه نشانی بخار شیمیایی برای ایجاد تک لایه‌ای از دی‌سلنید تنگستن روی چند لایه از گرافین همبافته استفاده کردند.    

اگرچه تحقیقات بر روی گرافین در دهه اخیر شکل گرفته است اما همچنان جامدهای واندروالسی بسیاری وجود دارند که می‌توان برای ایجاد مواد مصنوعی کاملا جدید با خواص غیر قابل تصور آنها را ترکیب کرد. 

پژوهشگران دریافتند لایه دی‌سلنید تنگستن به صورت جزایر مثلثی شکل هم راستا به اندازه ۱-۳ میکرون رشد می‌کنند سپس به آهستگی در هم فرو می‌روند وکریستالی به اندازه یک سانتیمتر مربع را ایجاد می‌کنند. آنها امیدوارند چنین کریستالهایی را برای کاربردهای صنعتی در اندازه‌های ویفر مقیاس رشد دهند و رشد چنین کریستالهایی نیاز به بوته پختی بزرگتر از آن‌چه در حال حاضر در آزمایشگاه‌ها موجود است دارد.     

یکی از موارد جالب توجه دیگر در مورد شکاف انرژی این است که با وجود هم راستا نبودن اتم‌ها در گرافین با اتمهای موجود در دی‌سلنید تنگستنن، پژوهشگران توانستند لایه‌های هم جهت شده‌ای از دی‌سلنید تنگستن را بر روی گرافین رشد دهند.

منبع

No tags for this post.