ננוטכנולוגיה במהירות האור

חוקרים מכוונים את תכונותיו של הגרפן, היורש של הסיליקון בעולם הננומטרי, ע”י גידולו על-גבי משטחים שונים

חוקרים מאוניברסיטת Rensselaer Polytechnic Institute בניו-יורק גילו שיטה חדשה לשליטה על אופיו של הגרפן, בקרבם את האקדמיה והתעשייה צעד אחד קדימה להגשמת היעד של ייצור המוני של ננו-אלקטרוניקה מבוססת גרפן. החומר גרפן (Graphene), יריעת פחמן בעובי של אטום בודד, התגלה בשנת 2004 ונחשב יורש אפשרי לסיליקון ונחושת כאבן-הבניין הבסיסית של ננו-אלקטרוניקה.

הודות לסיוע מחומרים אחרים המשמשים כמצע, חוקרים הצליחו, לראשונה, להדגים את היכולת לשלוט באופיו של הגרפן. החוקר Saroj Nayak, פרופסור במחלקה לפיסיקה, פיסיקה יישומית ואסטרונומיה, יחד עם החוקר Philip Shemella קבעו כי הכימיה של המשטח עליו משוקע הגרפן משחקת תפקיד מפתח בקביעת תכונות המוליכות של החומר. הממצאים מבוססים על הדמיות מכאניקה קוונטית בקנה מידה רחב.

הממצאים מראים כי כאשר הגרפן משוקע על משטח שטופל לפני זה בחמצן, הגרפן מציג תכונות של מוליך-למחצה. אולם, כאשר המשטח מטופל לפני זה במימן, הגרפן מציג תכונות של מתכת.

“בהתאם לכימיה של המשטח עליו משוקע הגרפן אנו מסוגלים לשלוט באופיו של הגרפן החל מהיותו מתכת ועד היותו מוליך-למחצה,” מסביר החוקר. “למעשה, אנו “מכווננים” את התכונות החשמליות של חומר כך שתתאמנה לצרכים שלנו.”

באופן רגיל, כאשר מייצרים מצבור של ננו-מבני גרפן, חלקו של הגרפן מתכתי בעוד השאר הינו מוליך-למחצה. בקנה-מידה תעשייתי, מבהיר החוקר, זה כמעט בלתי-אפשרי להפריד בין שני סוגים אלו של גרפן, בעוד הייצור של התקני גרפן חדישים ידרוש את קיומו של גרפן מסוג אחד בלבד – מתכתי או מוליך-למחצה. השיטה החדשה לכוונון האופי של הגרפן הינה שלב מפתח בהגשמת מטרה זו, אומר החוקר.

תכונת המוליכות המצוינת של הגרפן הופכת אותו לחומר נחשק בעבור חוקרים בתחומים השונים. אפילו בטמפרטורת החדר האלקטרונים בחומר נעים ללא כל מאמץ, קרוב למהירות האור ועם התנגדות מועטה בלבד. כלומר, מחבר העשוי גרפן אמור להישאר קר יותר ממחבר העשוי נחושת בעל גודל זהה. קר יותר זה טוב יותר, מכיוון שהחום הנוצר ע”י המחברים יכול להוביל להשפעות שליליות על מהירות החישוב של המעבד ועל יעילותו של המחשב בכללותו.

ממצאי המחקר פורסמו החודש בכתב-העת המדעי Applied Physics Letters במאמר שכותרתו “Electronic structure and band-gap modulation of graphene via substrate surface chemistry”.

הידיעה המקורית של האוניברסיטה