diamonds55
25th December 2008, 05:04 AM
هنوز سؤالات بسياري در مورد گرافن وجود دارد. يک گروه بين‌المللي از فيزيک‌داناني همچون آکيرا فوروساکي از مؤسسة علم پيشرفته در واکو، سعي دارد با انجام مطالعه‌اي عددي، اثر هالِ کوانتومي غير عادي مشاهده‌شده در گرافن را تشريح کند، بررسي تأثير نابه‌جايي‌هاي موجود در ساختار دوبعدي گرافن بر روي رفتار اين ماده نيز يکي ديگر از اهداف اين تحقيق بوده‌است.
گرچه گرافن يک تک‌لاية گرافيتي است؛ خصوصيات چشمگير و منحصربه‌فردي دارد که مهم‌ترين آنها، رفتار حامل‌هاي بارِ اين ماده است. اين حامل‌ها مانند ذرات نسبيتي بدون جرم رفتار کرده، با سرعتي که تنها ۳۰۰ بار کوچک‌تر از سرعت نور است(اين مقدار چندين برابر، بزرگ‌تر از سرعت حرکت در سيليکون است)، حرکت مي‌کنند؛ از اين رو از گرافن به‌عنوان يکي از گزينه‌هاي بالقوه براي جايگزيني سيليکون در نسل بعدي تراشه‌هاي رايانه‌اي، ياد مي‌شود.
اثر هال کوانتومي در سيستم‌هاي فلزگونه‌اي که الکترون‌هاي آنها محدود شده‌اند، تنها زماني ايجاد مي‌شود كه در يک صفحة دوبعدي حرکت کنند. اين اثر با ايجاد غير منتظرة بخش‌هايي هموار، در نمودار رسانايي‌اي شناخته مي‌شود که بر حسب شارشِ جريان در سيستم ترسيم شده‌است شناخته مي‌شود؛ اين رسانايي، رسانايي هال ناميده مي‌شود. اين بخش‌هاي هموار در پي اعمال يک ميدان مغناطيسي قوي در صفحة مذکور، ايجاد مي‌شوند.
اثر هال کوانتومي در گرافن، کمي با ساير سيستم‌هاي دوبعدي فرق دارد؛ معمولاً رسانايي هال از صفر شروع شده و با افزايش ميدان مغناطيسي يا تراکم بار، در مقدار(نمو) معين و دقيقي(که e2/h ناميده مي‌شود) افزايش مي‌يابد. در گرافن، تغيير در رسانايي، به اندازة مضربي از 4e2/h است و تمام ويژگي‌ها، به اندازة نصف اين مقدار جابه‌جا مي‌گردند. علاوه بر اين، در اکثر سيستم‌ها، رسانايي هال معمولاً از طريق نابه‌جايي يا نوسانات حرارتي در دماهاي خيلي بالاتر از صفر مطلق، از بين مي‌رود؛ اما در گرافن، رسانايي هال به شکل چشمگيري، مستقل از اين دو عامل است و بخش‌هاي هموار رسانايي هال در اطراف صفر مطلق با بالا رفتن دما تا دماي اتاق، بدون تغيير باقي مي‌مانند.
شبيه‌سازي‌هايي که فوروساکي و همکارانش انجام داده‌اند، پيشنهاد مي‌کند که رفتار اثر هال کوانتومي در گرافن به‌دليل ماهيت نسبيتي حامل‌هاي بارِ اين ماده، ايجاد مي‌شود. در مقدار مشخصي از نابه‌جايي‌ها، توابع موج حالت‌هايي از حامل‌هاي بارِ گرافن که انرژي آنها صفر است، همانند توابع موج حالت پاية حامل‌هاي غير نسبيتي در سيستم‌هاي هال کوانتومي معمولي، جاي‌گزيده نمي‌شوند. به گفتة اين محققان وجود چنين حالت‌هاي غير جاي‌گزيده‌اي(که حالت‌هاي بحراني ناميده مي‌شوند)، مي‌تواند توضيح دهد که چرا بخش‌هاي هموار هالِ اوليه به جاي پيدايش از صفر، قبل از افزايش در مضرب‌هايي از 4e2/h، در+/- 2e2/h ايجاد مي‌شوند، همچنين آنها معتقدند که وجود موج‌هاي پيش‌بيني‌شده‌اي در ساختار گرافن مي‌تواند دليلي قانع‌کننده‌اي براي پيدايش اين حالت‌هاي غير جاي‌گزيده باشد.
نتايج اين تحقيق در نشرية Physical Review Letters به چاپ رسيده‌است
گرچه گرافن يک تک‌لاية گرافيتي است؛ خصوصيات چشمگير و منحصربه‌فردي دارد که مهم‌ترين آنها، رفتار حامل‌هاي بارِ اين ماده است. اين حامل‌ها مانند ذرات نسبيتي بدون جرم رفتار کرده، با سرعتي که تنها ۳۰۰ بار کوچک‌تر از سرعت نور است(اين مقدار چندين برابر، بزرگ‌تر از سرعت حرکت در سيليکون است)، حرکت مي‌کنند؛ از اين رو از گرافن به‌عنوان يکي از گزينه‌هاي بالقوه براي جايگزيني سيليکون در نسل بعدي تراشه‌هاي رايانه‌اي، ياد مي‌شود.
اثر هال کوانتومي در سيستم‌هاي فلزگونه‌اي که الکترون‌هاي آنها محدود شده‌اند، تنها زماني ايجاد مي‌شود كه در يک صفحة دوبعدي حرکت کنند. اين اثر با ايجاد غير منتظرة بخش‌هايي هموار، در نمودار رسانايي‌اي شناخته مي‌شود که بر حسب شارشِ جريان در سيستم ترسيم شده‌است شناخته مي‌شود؛ اين رسانايي، رسانايي هال ناميده مي‌شود. اين بخش‌هاي هموار در پي اعمال يک ميدان مغناطيسي قوي در صفحة مذکور، ايجاد مي‌شوند.
اثر هال کوانتومي در گرافن، کمي با ساير سيستم‌هاي دوبعدي فرق دارد؛ معمولاً رسانايي هال از صفر شروع شده و با افزايش ميدان مغناطيسي يا تراکم بار، در مقدار(نمو) معين و دقيقي(که e2/h ناميده مي‌شود) افزايش مي‌يابد. در گرافن، تغيير در رسانايي، به اندازة مضربي از 4e2/h است و تمام ويژگي‌ها، به اندازة نصف اين مقدار جابه‌جا مي‌گردند. علاوه بر اين، در اکثر سيستم‌ها، رسانايي هال معمولاً از طريق نابه‌جايي يا نوسانات حرارتي در دماهاي خيلي بالاتر از صفر مطلق، از بين مي‌رود؛ اما در گرافن، رسانايي هال به شکل چشمگيري، مستقل از اين دو عامل است و بخش‌هاي هموار رسانايي هال در اطراف صفر مطلق با بالا رفتن دما تا دماي اتاق، بدون تغيير باقي مي‌مانند.
شبيه‌سازي‌هايي که فوروساکي و همکارانش انجام داده‌اند، پيشنهاد مي‌کند که رفتار اثر هال کوانتومي در گرافن به‌دليل ماهيت نسبيتي حامل‌هاي بارِ اين ماده، ايجاد مي‌شود. در مقدار مشخصي از نابه‌جايي‌ها، توابع موج حالت‌هايي از حامل‌هاي بارِ گرافن که انرژي آنها صفر است، همانند توابع موج حالت پاية حامل‌هاي غير نسبيتي در سيستم‌هاي هال کوانتومي معمولي، جاي‌گزيده نمي‌شوند. به گفتة اين محققان وجود چنين حالت‌هاي غير جاي‌گزيده‌اي(که حالت‌هاي بحراني ناميده مي‌شوند)، مي‌تواند توضيح دهد که چرا بخش‌هاي هموار هالِ اوليه به جاي پيدايش از صفر، قبل از افزايش در مضرب‌هايي از 4e2/h، در+/- 2e2/h ايجاد مي‌شوند، همچنين آنها معتقدند که وجود موج‌هاي پيش‌بيني‌شده‌اي در ساختار گرافن مي‌تواند دليلي قانع‌کننده‌اي براي پيدايش اين حالت‌هاي غير جاي‌گزيده باشد.
نتايج اين تحقيق در نشرية Physical Review Letters به چاپ رسيده‌است