أَوَّلِ صورٍ توضّحُ حركةَ الإلكتروناتِ في مادةِ الجرافين

استمع على ساوندكلاود 🎧

تَمكَّنت مجموعةٌ منَ الباحثينَ في جامعةِ ملبورن من التقاطِ صورٍ أُولى توضّحُ حركةَ الإلكترونات ومساراتها في مادّةِ الغرافين. تعتبرُ هذه الخطوةُ المهمّةُ بمثابةِ دفعةٍ نحوَ تطويرِ الجيلِ القادمِ منَ الإِلكترونيَات، لأنّ طبقةَ الغرافينِ ثنائيّةَ الأبعاد، من أرقِّ الموادّ الّتي يُمكن تصنيعها؛ فَسماكتها تُعادلُ ذرّةً واحدةً فقطْ.

تغلَّبت التقنيّةُ الجديدةُ الّتي مكّنتِ العلماءَ مِنَ التقاطِ هذه الصورِ على بعضِ العقباتِ الّتي واجهتها الطّرائقُ السّابقة، والّتي حاولت أن تفهمَ مسارَ الإلكتروناتِ وتيّاراتها في الأجهزةِ المُعتمدة على موادّ فائقةِ الرقّة "ultra thin materials" والّتي تُعتبر أكثرَ قُدرةً على احتواءِ التّصدّعات اللحظيّةِ والعيوب؛ الأمرُ الّذي سيُحسّن من تدفّقِ التّيّار الكهربائيّ.

طوّرَ الفريقُ مِجسّاً كموميّاً خاصّاً من الألماس لتصويرِ تدفّقِ التّيّارات الكهربائيّة في الغرافين، يكونُ "مركزُ اللونِ" فيه ذي حجمٍ ذرَي! و يُقصد بمركزِ اللون هنا نقصٌ في النّيتروجين يشوبُ الألماسَ، لكنّهُ يمتلكُ خصائصَ كموميّةٍ رائعةٍ وظّفها الفريقُ البحثيّ من أجلِ تصويرِ تدفُّقِ التّيّارات الكهربائيّة في الغرافين. قد تُستخدمُ هذه التقنيّة الجديدة لِفهم سلوكِ الإلكترونِ في العديدِ من التقنيّاتِ الحديثة.

يُسقطُ العُلماءُ في هذه الطّريقةِ الجديدة، شعاعَ ليزرٍ أخضرَ اللونِ على الألماسِ، ثُمّ يراقبونَ الضّوءَ الأحمرَ الصّادرَ من مركزِ اللونِ كردّ فعلٍ على الحقلِ المغناطيسيِّ النّاتجِ عن حركةِ الإلكترونات، و بتحليلِ شدّةِ اللونِ الأحمر يُمكنُ تحديدُ الحقلِ المغناطيسيّ النّاتج عن التيّار الكهربائيّ وتصويره، ومشاهدةِ تأثير الشّوائب في الموادّ.

يُظهر هذا الفيديو محاكاةً فنيّةً لِتجرُبةِ المِجسّ الكموميّ. يتمّ التَحكُّم بالمِجسّ الألماسيّ بواسطة الليزر، وتَظهرُ ذرّات الغرافين (طبقةٌ واحدةٌ من ذرّاتِ الكربون) فوقَ المجسّ، أمّا الخطوطُ الحمراءُ فتمثِّلُ مسارَ الإلكتروناتِ أثناء مرورها عبرَ الغرافين.

يُعتبرُ استخدامُ الحقلِ المغناطيسيِّ النّاتج عن حركةِ الإلكتروناتِ فكرةً قديمةً نوعاً ما، إلّا أَنَّ تطبيقَها هنا في الموادِّ المصغّرةِ على صعيدِ المقاييس الميكرونيّةِ باستخدام تطبيقاتٍ حديثةٍ يُعُدُّ أَمراً جديداً وغيرَ مسبوق؛ إذ لم يكن بمقدورِ أحدٍ أن يرى حركةَ الإلكتروناتِ في الغرافين سابقاً.

تُظهرُ هذه الصّورةُ الّتي التقطها المِجسُّ الكموميُّ الألماسيُّ تَدفُقَ التّيّار في الغرافين، أمّا الألوانُ فتكشفُ عن مواقعِ العيوبِ في بنيةِ الألماسِ عن طريقِ إظهارِ كثافةِ الإلكتروناتِ الّتي تتدفّقُ عبر الغرافينِ كلّ ثانية.

يتيحُ نجاحُ هذه التّقنيّةِ الفرصةَ لمراقبةِ حركةِ الإلكتروناتِ داخلَ الموادِّ الإلكترونيّةِ النانويّةِ، والّتي ترتكزُ على السّيلكونِ وتُستخدمُ في مجالِ الحوسبةِ الكموميّة؛ إذ يُعادلُ سمكُ هذه الموادِّ النّانويّة قُطرَ ذرّةٍ واحدةٍ تماماً كما في طبقةِ الغرافين. وبالنّتيجةِ ستساهمُ مستقبلاً في فَهمنا وإدراكِنا لكيفيّة عملِ الحواسيبِ الكموميَة. ويُمكنُ استخدامُ هذه التّقنيّةِ في الموادّ ثنائيّةِ الأبعادِ بهدفِ تطويرِ الجيلِ التّالي من الإلكترونيّات وتخزينِ الطّاقةِ (البطّاريّات)، والمجسّات البيوكيميائيّة.

نُشرَت نتائجُ تصويرِ التيّار الكهربائيّ يوم الأربعاءِ في السّادسِ والعشرين من نيسان في مجلّة "Journal Science Advances".

رابطُ تحميلِ الورقةِ البحثيّةِ والصّورِ: هنا

المصدر: هنا