روشی نوین لیزری با دقت اتمی در سطح الماس!

تحولی در کنترل اتمی سطح الماس

تصور کنید که شیئی را زیر میکروسکوپ قرار دهید و با فشردن یک دکمه، اتم‌های سطح آن را با دقت اتمی جابه‌جا کنید. این سناریوی علمی تخیلی که روزی غیرممکن به نظر می‌رسید، اکنون به واقعیتی تبدیل شده است و این دستاورد به لطف تحقیقات پیشگامانه‌ای است که به تازگی در مجله Applied Surface Science منتشر شده است. دکتر مجتبی مشکانی، پژوهشگر اصلی این پروژه، می‌گوید: “روش لیزری ما کنترل اتمی بر روی سطوح الماس را در یک محیط استاندارد هوایی فراهم می‌کند.” او ادامه می‌دهد: “این سطح از دقت معمولاً تنها با تجهیزات بزرگ و پیچیده خلاء امکان‌پذیر است. توانایی دستیابی به این دقت با یک فرآیند ساده لیزری واقعاً شگفت‌انگیز است.”

با بهره‌گیری از قدرت نور لیزر فرابنفش عمیق، محققان تکنیکی برای پردازش دقیق سطح الماس توسعه داده‌اند. این روش امکان حذف کنترل‌شده تنها ۱ درصد از یک لایه اتمی را فراهم می‌کند و کنترل بی‌سابقه‌ای بر روی ساختار و خواص سطح الماس ارائه می‌دهد. تیم تحقیقاتی با استفاده از لیزر فرابنفش عمیق نشان داد که چگونه پالس‌های نوری به‌دقت تحویل‌شده می‌توانند واکنش‌های شیمیایی موضعی را بر روی سطح الماس تحریک کنند. این واکنش که توسط یک فرآیند دو فوتونی هدایت می‌شود، اتم‌های کربن را به‌صورت انتخابی از لایه اتمی بالایی حذف می‌کند.

این پیشرفت قرار است کاربردهای جدیدی را در زمینه‌های الکترونیک، دستگاه‌های کوانتومی و تولید پیشرفته ایجاد کند، جایی که حتی تغییرات جزئی در پیکربندی اتم‌های سطح می‌تواند به‌طور قابل توجهی عملکرد دستگاه‌ها را بهبود بخشد.

افزایش هدایت الکتریکی

یکی از یافته‌های هیجان‌انگیز، افزایش چشمگیر هدایت الکتریکی سطح الماس بود که پس از درمان با لیزر تا هفت برابر افزایش یافت. این بهبود به‌طور مستقل توسط همکاران در آزمایشگاه لینکلن MIT تأیید شد. پروفسور ریچارد میلدن، سرپرست تیم، می‌گوید: “ما شگفت‌زده شدیم که چنین تغییر جزئی در سطح می‌تواند افزایش قابل توجهی در هدایت الکتریکی ایجاد کند.” این نتیجه گامی حیاتی در راستای حل چالش‌ها برای تبدیل الماس به ماده‌ای قابل استفاده در نیمه‌هادی‌ها به شمار می‌آید. ویژگی‌های منحصر به فرد الماس، از جمله هدایت حرارتی بالا و مقاومت در برابر شکست الکتریکی، آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای دستگاه‌های الکترونیکی با توان بالا و فرکانس بالا تبدیل کرده است.

سرعت و مقیاس‌پذیری برای صنعت

این تکنیک نه تنها دقیق بلکه سریع نیز هست. در آزمایش‌های جاری، لیزر تنها در ۰.۲ میلی‌ثانیه، ۱ درصد از یک لایه‌ی تک را حذف کرد. این ویژگی آن را به گزینه‌ای امیدوارکننده برای کاربردهای صنعتی در مقیاس بزرگ، مانند پردازش ویفر، تبدیل می‌کند. دکتر مشکانی اضافه می‌کند: “ما نشان داده‌ایم که این فرآیند هم سریع و هم مقیاس‌پذیر است. این یک گزینه جذاب برای صنایعی است که به پردازش مواد پیشرفته نیاز دارند.”

پیامدها برای فناوری‌های کوانتومی

فراتر از الکترونیک، این کشف پیامدهای گسترده‌ای برای فناوری‌های کوانتومی دارد. سطوح الماس نقش حیاتی در تثبیت حالات کوانتومی، مانند آن‌هایی که در کامپیوترهای کوانتومی استفاده می‌شوند، ایفا می‌کنند. توانایی مهندسی سطوح الماس با دقت اتمی می‌تواند به ابزاری ضروری برای محققان و صنعت تبدیل شود. پروفسور میلدن می‌گوید: “این فقط آغاز کار است. ما هیجان‌زده‌ایم که ببینیم چگونه می‌توان این تکنیک را بیشتر بهینه‌سازی کرد تا پتانسیل کامل الماس را در الکترونیک، فناوری‌های کوانتومی و فراتر از آن آزاد کنیم.”