شبیه‌سازی برای تولید مواد هیبریدی مورد استفاده در الکترونیک
به‌تازگی محققان متوجه شدند که میدان شبه‌مغناطیسی موجود در هیبرید گرافن-نانو لوله‌های کربنی یک روش مناسب برای کنترل خصوصیات الکترونیکی مواد جدید است.
به گزارش سایت فناوری های همگرا گسترش و توسعه مواد نوین به دلیل حذف برخی از آزمایشات آزمون و خطا سریع‌تر شده است. یک گروه تحقیقاتی از دانشگاه رایس و پلی‌تکنیک مونترال از این راهبرد برای توسعه هیبریدهای گرافن و نیترید بور استفاده کردند.
روزبه شهسواری پژوهشگر رشته مواد دانشگاه رایس، و فرزانه شایگان‌فر پست دکتری پلی‌تکنیک مونترال، شبیه‌سازی‌های کامپیوتری انجام دادند که در آن گرافن با نانولوله‌کربنی یا نیترید بور ترکیب می‌شود.
تشریح خصوصیات ترکیبات متنوع برای سازندگان یعنی کسانی که می‌خواهند از این مواد جدید در ابزارهای الکترونیکی نسل جدید استفاده کنند، بسیار مفید خواهد بود. محققان دریافتند با ترکیب این دو نوع ساختار نه‌تنها خصوصیات الکتریکی بلکه خصوصیات مغناطیسی نیز بسیار بهبود می‌یابد. نتایج این تحقیق در مجله Carbon چاپ شده است.
در آزمایشگاه شهسواری، محققان بررسی می‌کنند که چگونه می‌توان مواد مفیدتر، کاربردی‌تر و دوستدار محیط را ساخت. این مواد شامل مواد ماکرومقیاس مثل سیمان و سرامیک‌ها و همچنین هیبریدهای نانومقیاس با خصوصیات ویژه هستند.
شهسواری می‌گوید:« چه در مقیاس نانو، چه در مقیاس ماکرو، اگر قبل از اینکه هیبریدی را بسازیم، بدانیم که هیبرید چه خصوصیاتی خواهد داشت، در این صورت می‌توانیم زمان و هزینه زیادی را صرفه‌جویی کنیم.»
مدل‌های کامپیوتری مشخص می‌کنند که چگونه انرژی‌های ذاتی اتم‌ها بر یکدیگر اثر می‌گذارند در حالیکه از ترکیب آنها یک مولکول تشکیل می‌شود. برای این کار جدید، محققان ساختار هیبریدی گرافن و نانولوله‌های کربنی و همچنین ساختارهیبریدی گرافن و نانولوله‌های نیترید بور را شبیه‌سازی کردند.
شهسواری می‌افزاید:« هدف از این کار بررسی و مقایسه خصوصیات الکترونیکی و ( احتمالاً) مغناطیسی پیکربندی‌های اتصال مختلف شامل پایداری، گاف انرژی و انتقال بار است. در ادامه سه نانوساختار مختلف با هندسه اتصال مختلف تهیه می‌شود.»
دو هیبرید متشکل از لایه‌های گرافن و نانولوله‌کربنی هستند و هیبرید سوم متشکل از گرافن و نانولوله‌های نیترید بور است. چگونه صفحات و لوله‌های درهم‌تنیده خصوصیات هیبرید را مشخص می‌‌سازند. علاوه‌بر این، محققان مدل‌هایی ساختند که در آنها نانولوله‌ها بین لایه‌های گرافن قرار می‌گیرند.
گرافن هنگامی که اتم‌های آن آرایش حلقه‌های هگزاگونالی دارند، یک هادی بسیار عالی است، اما هنگامی به‌صورت هیبرید استفاده می‌شود، به دلیل جادادن نانولوله‌ها در خود دچار تغییر شکل می‌شود. اتم‌ها انرژی خود را در این اتصالات از طریق تشکیل حلقه‌های پنج، هفت و یا هشت عضوی تعدیل می‌کنند. همه این تغییرات سبب می‌شوند که ماده هیبریدی تبدیل به یک نیمه‌هادی ارزشمند شود. محاسبات محققان برای آنها این امکان را فراهم می‌سازد تا برخی از این اثرات را نتیجه‌گیری کنند. به عنوان مثال، این تغییرات سبب می‌شوند تا اتصالات سیستم هیبریدی میدان‌های شبه‌مغناطیسی تولید کنند.
شهسواری تشریح می‌کند:« میدان شبه‌مغناطیسی سبب می‌شود تا حامل‌های بار در هیبرید گردش کنند، درست همانند وقتی که این حامل‌های بار تحت تاثیر یک میدان مغناطیسی خارجی اعمال شده قرار دارند. بنابراین با در نظر گرفتن انعطاف‌پذیری، استحکام و هدایت گرمایی ایده‌آل سیستم‌های هیبرید کربن و نیترید بور، می‌توان پیشنهاد داد که میدان شبه‌مغناطیسی یک روش مناسب و بادوام برای کنترل ساختار الکترونیکی مواد جدید است.» در حقیقت تمام این اثرات همانند یک نقشه راه برای کاربردهای نانومهندسی عمل می‌کنند.
دانشمندان در چند سال گذشته تمام ساختارهای کربن را مطالعه و بررسی کرده‌اند، اما پیشرفت و گسترش نیترید بور و دیگر مواد دو بعدی و ترکیبات متفاوت آنها با یکدیگر، می‌تواند امکانات و احتمالاتی برای طراحی مواد با خصوصیات منحصر به فرد دیده نشده فراهم سازد.
