اقتصاد دانش بنیان

محققان از اتفاقات تازه ای پرده برداشتند

مواد دوبعدي تکلايهاي به قطر يک اتم، تنها به گرافين محدود نيستند، بلکه در واقع تعداد آنها بيشمار است. در پژوهشي که توسط محققان دانشگاه پنسيلوانيا صورت گرفت، دو اکتشاف گزارش شد که ميتواند راه را به صورت ساده و موثر براي خلق مواد دوبعدي در مکانهايي دقيق به صورت باکيفيت باز کند و بر مانع موجود که جلوي استفاده از آنها را در تجهيزات الکترونيکي نسل بعد ميگيرد، فائق آيد. در سال 2004 کشف راهي براي جداسازي تکلايه کربني يا گرافين، درها را به سوي دنياي جديد مواد دوبعدي گشود؛ ترکيباتي که ويژگيهايشان لزوما با آنچه در دنياي سهبعدي يافت ميشود مشابه نيستند. در بين اين مواد، دسته بزرگ فلزات واسطه در وسط جدول تناوبي عناصر جاي دارند. زماني که اتمهاي برخي از فلزات واسطه (به عنوان مثال موليبدن) بين دو لايه از عناصر کالکوژن (به عنوان مثال گوگرد يا سلنيوم) قرار بگيرد نتيجه توليد ساندويچي سهلايه به نام فلز واسطه - ديکالکوژنيد (TMD) است. اين ترکيبات بين دانشمندان مهندسي مواد طرافداران بسيار زيادي دارد، زيرا آنها از پتانسيل خوبي براي کاربرد در انواع جديد وسايل الکترونيکي، کامپيوترها و تجهيزات اپتوالکترونيکي برخوردارند.

دکتر جاشوا رابينسون، استاديار مهندسي مواد، ميگويد: «آنچه ما سعي کرديم رويش مطالعه کنيم، امکان ساخت اين ترکيبات در سطح وسيعي از پيش ماده ها به صورت دقيق و در جاي مورد نظر است. اين مواد براي انواعي از تجهيزات الکترونيکي نسل بعدي کارامد ارزيابي ميشوند. لزوما قرار نيست جايگزين سيليکون شوند، اما ميتوانند سبب بهبود فناوريهاي موجود و در نهايت اضافه کردن کارکردهايي به چيپهاي سيليکوني شوند که تاکنون ممکن نبوده است.»  

فرايند ساخت

براي تلفيق TMD و سيليکون در ترانزيستورها، شرکتهاي سازنده چيپ بايد اتمها را به صورت دقيق در جايي که به آنها نياز است قرار بدهند. چنين روشي تاکنون ميسر نبوده، در مقاله جديدي دکتر رابينسون و همکارانش براي اولين بار نشان دادند که يک روش ساده براي ساخت الگوهاي مواد دوبعدي با کمک تکنيکهايي که در هر آزمايشگاه فناوري نانو يافت ميشود، وجود دارد. او شرح ميدهد: «به نظر ميرسد اين فرايندي ساده باشد. ما مقاومت در برابر نور روي نمونه را در يک اتاق تميز چرخش ميدهيم، مشابه حالتي که قرار است ساخت يک وسيله جديد را آغاز کنيم. ميتوان پليمرهاي مختلفي را که در توليدات نانو مورد استفاده قرار ميگيرند به کار برد. سپس مجموعه در مکانهاي مورد نظر در معرض تابش فرابنفش قرار داده ميشود و سپس مثل عکس در لابراتوار ظاهر ميشود. هرجا که پليمر در برابر نور قرار گرفته باشد، شسته و سپس سطح با کمک فرايند استاندارد plasma-etching تميز ميشود؛ مواد دوبعدي تنها در مکانهايي که تميز شده اند رشد ميکنند.

يافته دوم

به اکتشاف ديگري در اين مطالعه اشاره شده که ميتواند سبب پيشرفت دانش در زمينه TMD شود و آن غلبه بر اثرات نيرومندي است که يک پيش ماده بر مواد دوبعدي رشديافته بر سطح خود دارد. موليبدن ديسولفيد، يک نيمه هادي TMD که موضوع مطالعات بسياري بوده، روي پيشماده ياقوت کبود با کمک تکنيکهاي متداول (رسوب پودري شکل) رشد داده شد. به اين ترتيب نوعي اينترفيس موليبدن - ياقوت کبود - ديسولفيد به دست آمد. دکتر رابينسون توضيح ميدهد: «ما ميخواستيم اثرات پيشماده را بر لايه دوبعدي جداسازي کنيم، بدون اينکه لايه ها از ياقوت کبود جدا شود. براي رسيدن به نتيجه، کل مجموعه را در نيتروژن مايع غوطه ور ساختيم و در معرض هوا قرار داديم تا اينترفيس شکاف بردارد. مشخص شد اين تکنيک براي جداسازي ترکيب موليبدن ديسولفيد از ياقوت کبود کافي است و به نزديک شدن به کارکرد ذاتي آن (ترکيب موليبدن ديسولفيد) موثرتر به نظر ميرسد. اين فرايند به اندازه کافي ظريف به حساب ميآيد تا پيوندهاي متصل کننده مواد دوبعدي به پيش ماده را بدون رهاسازي کامل آنها انجام دهد. به دليل پيچيدگي هاي اين فرايند، مکانيسم دقيق اين پديده هنوز به صورت دقيق شناخته نشده است. هر دو ماده با نرخهاي مختلفي چروکيده ميشوند که ميتواند سبب ترک خوردن آنها شود، اما همزمان ممکن است به تبخير نيتروژن مايع هم مرتبط باشد.» 

منبع: مجله دانش بنیان