تست عنوان
close
فدراسیون سرآمدان علمی ایران | اخبار | حرکت سیالی الکترونها در گرافن
متن خبر

تاریخ خبر : ۱۳۹۶/۰۶/۰۱

تعداد بازدید : ۱۶۴

تعداد رای : ۳

حرکت سیالی الکترونها در گرافن

پژوهشگران با مشاهده ی حرکت الکترونها در گرافن، درک جدیدی از رفتار مواد رسانا بدست آوردند. به واسطه ی ساختار دوبعدی گرافن، این ماده چندین مرتبه از مس رساناتر است. در بیشتر فلزات، رسانائی به علت ناخالصی کاهش میابد; الکترونها مانند توپهای بیلیارد به این ناخالصیها برخورد کرده و تغییر جهت میدهند. اما مشاهدات جدید، درک لازم از رفتار عجیب الکترونها هنگام حرکت در گرافن را فراهم آورده است که لحاظ کردن این رفتار برای ساخت مدارهای نانو الکترونیک آینده ضروری است.

در موادی که کیفیت بالایی دارند ( مانند گرافن) الکترونها میتوانند فواصل میکرونی را بدون پراش طی کنند همین مسئله رسانایی را بسیار افزایش میدهد. بنابراین بیشترین احتمال رسانائی برای هر فلز نرمال، توسط فواصل بدون پراش بدست میاید که توسط فرمولاسیون لاندار-باتیکر تعریف میشوند. 

پژوهشگران دانشگاه منچستر، با همکاری فیزیکدانان نظری به ریاست پروفسور مارکو پولینی و پروفسور لئونید لویتوف، نشان دادند که محدودیت اساسی پیش بینی شده در فرمول لانداور در گرافن نقض می شود. از این مهمتر مکانیزمی است که باعث این نقض شده است. سال گذشته مبحثی جدید در فیزیک حالت جامد به نام " الکترون هیدرودینامیک" طرفداران فراوانی بدست آورد. سه آزمایش مجزا نشان داد که در دمایی مشخص، برخورد الکترونها با یکدیگر بسیار زیاد میشود و آنها مانند مایعی چسبناک حرکت میکنند. پژوهشهای جدید نشان میدهد این مایع های چسبناک از الکترونهای پرتابی رساناتر هستند. از آنجا که پراشهای درون کریستال به علت نگهداری حرکت ها درون کریستال ها باعث کاهش رسانائی میشود نتایج بدست آمده برخلاف باورهای پیشین است. به هر حال، زمانی که الکترونها با یکدیگر برخورد میکنند آنها شروع به کار با یکدیگر میکنند و جریان حرکتی بوجود میاید.

دلیل این اتفاق این است که بعضی الکترونها در لبه ی کریستالها باقی میمانند (جایی که اتلاف اندازه حرکت بیشترین مقدار است) و آرامترین حرکتها در آنجا جریان دارد. به طور همزمان آنها از برخورد الکترونهای همسایه با این نواحی جلوگیری میکنند. در نتیجه بعضی الکترونها زمانی که توسط الکترونهای دیگر هنگام عبور از کانال همراهی میشوند جریان فرا پرتابی (super-ballistic) را بوجود میاورند.

به گفته ی "سِر آندره گایم" برنده ی نوبل فیزیک در سال 2010 بواسطه کارهایش در مورد گرافن : " باور کلی این است که بی نظمی بیشتر منجر به مقاومت الکتریکی بیشتر میشود ولی در این مورد بی نظمی بوجود آمده توسط پراش الکترونی منجر به کاهش مقاومت الکتریکی شده است. این نتیجه منحصر به فرد و برخلاف باورهای رایج است: زمانی که الکترونها شروع به حرکت به صورت مایعی چسبناک میکنند سرعت آنها از الکترونهای آزاد موجود در خلاء بیشتر است."

پژوهشگران مقاومت انقباضی گرافن را اندازه گیری کردند و دریافتند که با افزایش دما کاهش میابد، برخلاف رفتار فلزات معمول که در چنین شرایطی انقباضات آنها افزایش میابد. با مطالعه ی مقاومت انقباضی در دماهای مختلف دانشمندان کمیت جدید فیزیکی را معرفی کردند که نام آن "رسانایی چسبناک" است. این اندازه گیری به آنها اجازه داد تا ویسکوزیته ی الکترون را با دقت بسیار زیادی اندازه گیری کنند و این اندازه گیری ها توافق خوبی با پیش بینی های تئوری دارد.

نتایج این فعالیت پژوهشی که حاصل کار دانشمندان 10 دانشگاه معتبر می باشد در مجله Nature Physics به چاپ رسیده است.

لازم به یاد آوری است مجله Nature Physics در گروه ج مجلات برتر فدراسیون سرآمدان علمی ایران مورد حمایت قرار می‌گیرد و محققان ایرانی با انتشار مقالات خود در این مجله می‌توانند تا سقف 100 میلیون ریال حمایت تشویقی دریافت نمایند.


برای مشاهده این مقاله، لینک مقاله را کلیک نمایید.

نظرات

پاسخ به نظــر بازگشت به حالت عادی ثبت نظر

نـــام
ایمیل
نظر شما
کارکترهایی که در تصویر می بینید را وارد نمایید. (حساس به حروف کوچک و بزرگ)