گرافن خودآرا، انقلاب در ساخت کامپیوترهای کوانتومی!

گرافن: ماده‌ای که دنیای فناوری رو زیر و رو می‌کنه

گرافن، که انگار یه لایه نازک از اتم‌های کربن‌ه که مثل یه کندوی زنبور عسل کنار هم چیده شدن، به خاطر ویژگی‌های خارق‌العاده‌ش حرف نداره: به‌شدت محکم (تقریباً دویست برابر قوی‌تر از فولاد)، سبکِ سبک، انعطاف‌پذیر و رسانای عالی برق و گرما. همه‌ی اینا باعث شده گرافن تو خیلی از زمینه‌ها، از الکترونیک گرفته تا ذخیره‌ی انرژی، فناوری‌های پزشکی و مخصوصاً محاسبات کوانتومی، نقش خیلی مهم‌تری پیدا کنه.

خاصیت‌های کوانتومی گرافن، مثل ابررسانایی و رفتارهای دیگه که فقط تو دنیای کوانتوم پیدا می‌شن، وقتی به وجود میان که لایه‌های اتمی گرافن رو با دقت زیاد روی هم بچینن و یه جورایی پیچیده‌شون کنن تا ساختارهای ABC به‌دست بیاد. قبلاً برای رسیدن به این ساختارها، باید گرافن رو لایه‌لایه می‌کردن، بعدشم لایه‌ها رو دست‌دستی می‌چرخوندن و با زاویه‌های دقیقی کنار هم قرار می‌دادن. این کار خیلی سخت بود و مقیاس‌پذیر کردنش برای تولید انبوه تقریباً غیرممکن بود.

حالا، محقق‌ها تو دانشکده‌ی مهندسی NYU Tandon، به رهبری الیزا ریدو، که استاد شیمی و مهندسی بیومولکولی هست، یه اتفاق جدید تو تحقیقات گرافن کشف کردن. اونا دیدن که ساختارهای ABA و ABC خودبه‌خود و طی رشد تشکیل می‌شن. این کشف می‌تونه یه قدم بزرگ به سمت توسعه‌ی فناوری‌های پیشرفته‌ی کوانتومی باشه.

نتایج این تحقیق که تو یه مقاله‌ی جدید تو نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) چاپ شده، نشون می‌ده که چطوری آرایش‌های خاص تو سیستم‌های گرافن سه‌لایه، به‌طور طبیعی اتفاق می‌افتن و دیگه نیازی به اون روش‌های سخت و غیرقابل‌اجرا نیست که قبلاً برای ساخت گرافن پیچیده استفاده می‌شد.

تحقیقات جدید درباره‌ی خودآرایی گرافن

این محقق‌ها، که مارتین ریهون هم جزوشون بوده و قبلاً محقق پسا دکتری تو دانشگاه نیویورک (NYU) بوده، حالا خودآرایی ساختارهای ABA و ABC رو تو یه سیستم گرافن سه‌لایه که روی کاربید سیلیکون (SiC) رشد کرده، دیدن. با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) پیشرفته، فهمیدن که این ساختارها بدون نیاز به چرخوندن یا تنظیم دستی، به‌طور طبیعی شکل می‌گیرن.

این خودآرایی، یه پیشرفت مهم تو ساخت گرافن‌های چندلایه به‌حساب میاد. اندازه و شکل این ساختارها تحت تأثیر فشار و شکل هندسی بخش‌های سه‌لایه گرافن قرار داره. بعضی از این ساختارها به‌شکل نوارهایی در میان که عرضشون چند ده نانومتره و طولشون به میکرون می‌رسه، و این خودش یه امیدواری برای کاربردهای آینده‌ست. ریهون می‌گه: “تو آینده، می‌تونیم با یه سری الگوهایی که قبل از رشد روی زیرلایه‌ی SiC ایجاد می‌کنیم، اندازه‌ی و جایگاه این الگوهای انباشته رو کنترل کنیم.”

این ساختارهای ABA/ABC که خودشون شکل می‌گیرن، می‌تونن تو دستگاه‌های کوانتومی، انقلابی به‌وجود بیارن. مثلاً، شکل نواری‌شون خیلی خوبه برای اثرات عجیب‌غریب هال کوانتومی، ابررسانایی و امواج چگالی بار. این پیشرفت‌ها راه رو برای ساخت دستگاه‌های الکترونیکی با مقیاس بالا که از خواص کوانتومی گرافن استفاده می‌کنن، هموار می‌کنه.

این کشف، یه جهش بزرگ تو تحقیقات گرافن به حساب میاد و دانشمندا رو به پتانسیل کامل این ماده‌ی شگفت‌انگیز تو الکترونیک نسل بعد و فناوری‌های کوانتومی نزدیک‌تر می‌کنه. هزینه‌ی این تحقیق رو دفتر تحقیقات ارتش آمریکا تحت جایزه‌ی شماره‌ی W911NF2020116 تأمین کرده. تو این تحقیق، محقق‌هایی از دانشگاه چارلز تو پراگ هم مشارکت داشتن.