ساخت اولین ماده فلزی تک‌بعدی در آزمایشگاه

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از ScienceAlert، این نانوسیم از یک رشته پایدار تلوریم، عنصر شیمیایی به ضخامت یک اتم، ساخته شده است. به گفته تیم تحقیقاتی سازنده، این مواد دقیق‌ترین پیکربندی سیستم تک‌بعدی را دارد. همچنین تکنیک استفاده‌شده برای تولید زنجیره اتمی (به ضخامت یک اتم) می‌تواند منجر به پیشرفت‌های جدیدی در علم مواد و کوچک‌سازی وسایل الکترونیک شود.

همه سازه‌های مبتنی برعناصر جدول تناوبی سه‌بعدی هستند؛ در حوزه مواد نانومقیاس مانند نانوسیم، سازه‌هایی که داری ضخامت تک اتمی هستند به دلیل آرایش عرضی و ارتفاعی آن، یک‌بعدی محسوب می‌شوند.

یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه کمبریج برای ساخت نانوسیم تک‌بعدی خود، رشته‌های تلوریم را داخل نانولوله‌های کربنی بسیار نازک که سیلندرهای خالی ساخته‌شده از اتم‌های کربن است، تولید کرد.

براساس گفته‌های تیم تحقیقاتی، این نانولوله‌ها با محدود کردن رشته اتمی تنها یک راه مفید برای تولید نانوسیم فراهم نمی‌کنند بلکه این محوطه (داخل نانولوله) ابزاری برای حمایت از ساختار تک‌بعدی ایجاد می‌کند و حتی قادر به تغییر رفتار تلوریم است.

یکی از مشکلات در ساخت سازه‌های تک بعدی، ناپایداری آنهاست؛ اتم‌های تشکیل‌دهنده نانوسیم همواره در حالت ارتعاش مداوم قرار دارند، یعنی به راحتی می‌توانید ببینید که رشته شکل خود را از دست می‌دهد و یا از هم می‌پاشد. با کپسوله کردن مواد شیمیایی که با آن کار می‌کنید، می‌توانید از این مشکل اجتناب کنید البته تا زمانی که ماده مذکور دارای عوارض جانبی ناخواسته نباشد.

پائولو مدیروز، متخصص علم مواد و یکی از اعضای تیم تحقیقاتی، در این باره می‌گوید: «وقتی که با مواد در مقیاس‌های بسیار کوچک کار می‌‌کنید، معمولا ماده مورد نظر نیاز دارد روی یک سطح رسوب کند اما مشکل اینجاست که این سطوح به طور معمول خیلی واکنش‌پذیرند. از طرف دیگر، نانولوله‌های کربنی از نظر شیمیایی کاملا بی‌اثر هستند. بنابراین وقتی در تلاش برای ساخت مواد تک‌بعدی هستید، نانولوله‌های کربنی کمک می‌کنند تا یکی از مشکلات از سر راه برداشته شود».

دانشمندان با استفاده از نانولوله‌های کربنی با قطری بین 0/7 تا 1/1 نانومتر قادر به ساخت نانوسیم‌های تلوریم شدند که حدودا 10 هزار برابر نازک‌تر از موی سر انسان است.

تیم تحقیقاتی همچنین کشف کردند که خواص شیمیایی، بسته به اینکه چگونه تلوریم در داخل نانولوله محصور بوده است، تغییر می‌کند. تلوریم یک شبه‌فلز است؛ بدین معنا که هم خواص فلز و هم خواص غیرفلز را از خود نشان می‌دهد اما وقتی که با فشار زیاد در نانولوله محصور می‌شود، بیشتر رفتارهای فلزی از خود نشان می‌دهد و کم‌تر مانند یک نیمه‌هادی رفتار می‌کند.

دانستن این محدودیت به دانشمندان کمک می‌کند تا روزی موادی تک‌بعدی پیدا کنند که بتوان از آنها به عنوان مبنایی برای ترانزیستورهایی کوچک‌تر از نمونه‌های فعلی استفاده کرد. حتی به کمک آن می‌توان «قانون مور»، که پیش‌بینی کرد تعداد ترانزیستورهای روی یک ریزتراشه هر دو سال یک بار دو برابر می‌شود، را زنده نگه داشت.

هیچ کس نمی‌داند که آیا ادعاهای بالا در نهایت امکان‌پذیر شوند یا خیر اما تسلط بر هنر تولید و دستکاری نانوسیم‌های تک‌بعدی بهترین گزینه ما برای به حقیقت پیوستن آنهاست؛ هرچند تحقیقات زیادی در این بین باید انجام شود.

مدیروز در آخر اضافه کرد: «ما تازه شروع به درک فیزیک و شیمی این سیستم‌ها کرده‌ایم اما هنوز مسائل زیادی برای کشف و بررسی بیشتر وجود دارد».

مترجم: هانا حیدری