**کشف حوزه‌های جدید گرافن: آینده‌ای برای کاربردهای کوانتومی**

گرافن: انقلابی در فناوری‌های نوین

گرافن، که یک لایه از اتم‌های کربن است که به صورت یک شبکه دو بعدی شبیه به لانه زنبور چیده شده، به خاطر ویژگی‌های فوق‌العاده‌اش شناخته می‌شود: استحکام فوق‌العاده (حدود ۲۰۰ برابر قوی‌تر از فولاد)، سبکی، انعطاف‌پذیری و هدایت عالی برق و حرارت. این ویژگی‌ها باعث شده‌اند که گرافن در کاربردهای مختلفی از جمله الکترونیک، ذخیره‌سازی انرژی، فناوری پزشکی و به‌ویژه محاسبات کوانتومی اهمیت بیشتری پیدا کند.

ویژگی‌های کوانتومی گرافن، مانند ابررسانایی و دیگر رفتارهای منحصر به فرد کوانتومی، زمانی به وجود می‌آیند که لایه‌های اتمی گرافن به دقت روی هم چیده و پیچیده شوند تا دامنه‌های چیدمان ABC تولید شود. در گذشته، دستیابی به دامنه‌های چیدمان ABC نیاز به لایه‌برداری گرافن و چرخاندن و هم‌راستا کردن دستی لایه‌ها با جهت‌گیری‌های دقیق داشت که این فرآیند بسیار پیچیده و دشوار برای مقیاس‌پذیری در کاربردهای صنعتی بود.

اکنون، محققان در مدرسه مهندسی NYU Tandon به رهبری الیزا ریدو، استاد شیمی و مهندسی بیومولکولی، یک پدیده جدید در تحقیقات گرافن کشف کرده‌اند. آن‌ها مشاهده کرده‌اند که دامنه‌های چیدمان ABA و ABC به صورت خودسازمان‌یافته و ناشی از رشد ایجاد می‌شوند که می‌تواند شروعی برای توسعه فناوری‌های پیشرفته کوانتومی باشد.

یافته‌های این تحقیق که در یک مطالعه اخیر در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) منتشر شده، نشان می‌دهد که چگونه چیدمان‌های خاص در سیستم‌های گرافن اپیتاکسی سه‌لایه به طور طبیعی به وجود می‌آیند و این امر نیاز به تکنیک‌های پیچیده و غیرقابل مقیاس‌پذیری که به طور سنتی در ساخت گرافن پیچیده استفاده می‌شد را از بین می‌برد.

تحقیقات جدید در زمینه خودآرایی گرافن

این محققان، از جمله مارتین ریهون که پیش از این پژوهشگر پسادکتری در دانشگاه نیویورک (NYU) بود، اکنون خودآرایی دامنه‌های ABA و ABC را در یک سیستم گرافن اپیتاکسیال سه‌لایه‌ای که بر روی کاربید سیلیکون (SiC) رشد کرده است، مشاهده کرده‌اند. با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) پیشرفته، این تیم دریافت که این دامنه‌ها به‌طور طبیعی و بدون نیاز به چرخش یا هم‌راستایی دستی تشکیل می‌شوند.

این سازمان‌دهی خودبه‌خودی نمایانگر یک گام مهم در پیشرفت ساخت دامنه‌های انباشته گرافن است. اندازه و شکل این دامنه‌های انباشته تحت تأثیر تعامل تنش و هندسه نواحی سه‌لایه گرافن قرار دارد. برخی از دامنه‌ها به‌صورت ساختارهای نواری شکل می‌گیرند که عرض آن‌ها چند ده نانومتر و طول آن‌ها به میکرون‌ها می‌رسد و پتانسیل امیدوارکننده‌ای برای کاربردهای آینده ارائه می‌دهند. ریهون گفت: “در آینده می‌توانیم با الگوگذاری پیش از رشد بر روی زیرلایه SiC، اندازه و موقعیت این الگوهای انباشته را کنترل کنیم.”

این دامنه‌های انباشته ABA/ABC که به‌طور خودبه‌خود شکل می‌گیرند، می‌توانند به کاربردهای تحول‌آفرین در دستگاه‌های کوانتومی منجر شوند. به‌عنوان مثال، پیکربندی‌های نواری‌شکل آن‌ها برای تسهیل اثرات غیرمتعارف هال کوانتومی، ابررسانایی و امواج چگالی بار بسیار مناسب هستند. چنین پیشرفت‌هایی راه را برای دستگاه‌های الکترونیکی مقیاس‌پذیر که از خواص کوانتومی گرافن بهره می‌برند، هموار می‌کند.

این کشف یک جهش بزرگ در تحقیقات گرافن به شمار می‌رود و دانشمندان را به تحقق پتانسیل کامل این ماده شگفت‌انگیز در الکترونیک نسل آینده و فناوری‌های کوانتومی نزدیک‌تر می‌کند. تأمین مالی این تحقیق از سوی دفتر تحقیقات ارتش ایالات متحده تحت جایزه شماره W911NF2020116 انجام شده است. این تحقیق همچنین شامل محققانی از دانشگاه چارلز در پراگ بوده است.