الماس، اتم به اتم زیر لیزر! انقلاب جدید تو الکترونیک و کوانتوم

یه قدم بزرگ تو کنترل اتمی الماس!

فکرشو بکن، یه شیء بذاری زیر میکروسکوپ و با یه کلیک، اتم‌های سطحش رو با دقت اتمیِ تمام‌عیار جابه‌جا کنی! این قصهٔ علمی-تخیلی که تا دیروز فقط تو فیلما بود، الان داره واقعی میشه. همهٔ اینا به‌خاطر یه تحقیق باحال و پیشروئه که تازگیا تو مجلهٔ Applied Surface Science چاپ شده. دکتر مجتبی مشکانی، که سرپرست این پروژه بوده، می‌گه: «روش لیزری ما این امکان رو فراهم می‌کنه که بتونیم اتم‌های سطح الماسو توی یه محیط معمولی و هوایی کنترل کنیم.» بعد اضافه می‌کنه: «این سطح از دقت معمولاً فقط با دستگاه‌های بزرگ و پیچیدهٔ خلاء ممکن بود. این‌که تونستیم با یه فرایند لیزری ساده به این دقت برسیم، واقعاً حیرت‌انگیزه!»

دانشمندا با استفاده از قدرت نور لیزر فرابنفش عمیق، یه روش ابداع کردن که می‌شه سطح الماس رو با وسواس زیاد پردازش کرد. با این روش می‌شه فقط ۱ درصد از یه لایه اتمی رو برداشت، و این یعنی کنترل بی‌نظیری روی ساختار و ویژگی‌های سطح الماس. تیم تحقیقاتی با استفاده از لیزر فرابنفش عمیق نشون داد که چطور پالس‌های نور دقیق می‌تونن واکنش‌های شیمیایی کوچیکی رو روی سطح الماس تحریک کنن. این واکنش که با یه فرایند دو فوتونی انجام می‌شه، اتم‌های کربن رو به‌طور انتخابی از لایهٔ اتمی بالایی حذف می‌کنه.

این پیشرفت قراره کاربردهای جدیدی تو حوزه‌های الکترونیک، دستگاه‌های کوانتومی و تولید پیشرفته باز کنه. جایی که حتی یه تغییر کوچیک تو چیدمان اتم‌های سطح می‌تونه عملکرد دستگاه‌ها رو حسابی بهتر کنه.

رسیدن به رسانایی الکتریکی بیشتر

یکی از یافته‌های جالب این بود که رسانایی الکتریکی سطح الماس بعد از این‌که با لیزر درمان شد، هفت برابر بیشتر شد! این موضوع توسط همکارا تو آزمایشگاه لینکلن MIT تأیید شد. پروفسور ریچارد میلدن، که سرپرست تیم بوده، می‌گه: «ما واقعاً تعجب کردیم که یه تغییر کوچیک روی سطح می‌تونه این‌قدر رسانایی رو زیاد کنه.» این نتیجه یه قدم خیلی مهم تو حل مشکلات تولید الماس به‌عنوان یه مادهٔ نیمه‌هادی به حساب میاد. ویژگی‌های خاص الماس، مثل هدایت حرارتی بالا و مقاومت در برابر شکست الکتریکی، باعث شده که برای دستگاه‌های الکترونیکی با توان و فرکانس بالا یه گزینهٔ ایده‌آل باشه.

سرعت و مقیاس‌پذیری، دو تا از مزیت‌های این کشف

این تکنیک نه‌تنها دقیق هست، بلکه سرعتش هم بالاس. تو آزمایش‌ها، لیزر فقط تو ۰.۲ میلی‌ثانیه، ۱ درصد از یه لایهٔ تک اتمی رو برداشت. این ویژگی باعث می‌شه که برای کاربردهای صنعتی در مقیاس بزرگ، مثل پردازش ویفر، یه گزینهٔ امیدوارکننده باشه. دکتر مشکانی اضافه می‌کنه: «ما نشون دادیم که این فرایند هم سریعه و هم قابلیت توسعه داره. برای صنایع که به پردازش مواد پیشرفته نیاز دارن، یه انتخاب خیلی خوبه.»

اهمیت برای فناوری‌های کوانتومی

علاوه بر الکترونیک، این کشف برای فناوری‌های کوانتومی هم کلی اهمیت داره. سطوح الماس نقش حیاتی تو ثابت نگه‌داشتن حالت‌های کوانتومی دارن، مثل اونایی که تو کامپیوترهای کوانتومی استفاده می‌شن. قابلیت مهندسی سطح الماس با دقت اتمی می‌تونه تبدیل به یه ابزار ضروری برای محقق‌ها و صنعت بشه. پروفسور میلدن می‌گه: «این تازه شروع کاره. ما خیلی ذوق داریم که ببینیم چطوری می‌شه این تکنیک رو بهتر کرد و پتانسیل کامل الماس رو تو الکترونیک، فناوری‌های کوانتومی و جاهای دیگه به کار گرفت.»

“`