گرافن (Graphene)، یکی از دگرشکلهای کربن است. این ماده به سخت تر بودن از فولاد و رسانا تر بودن از مس شهرت دارد. حالا یک ویژگی دیگر هم به این لیست شگفت انگیز اضافه شده است: تولید نور!
محققان یک ترانزیستور ساطع کننده نور ساخته اند که دقیقا مثل رشتههای داخل یک لامپ کار میکند.
جیمز هون (James Hone)، مهندس مکانیک در دانشگاه کلمبیای نیویوک (Columbia University) و از محققان این پروژه، در بیانیه ای گفت: در اصل، ما باریک ترین لامپ جهان را ساخته ایم.
دانشمندان همیشه میخواستند یک لامپ بسیار کوچک بسازند و با قرار دادن آن روی یک تراشه، مدارهای فوتونیک (photonic circuits) را ایجاد کنند. مدارهایی که به جای حریان الکتریکی با نور کار میکنند. اما دو مشکل اندازه و دما همیشه آنها را از رسیدن به هدفشان باز میداشت؛ رشته درون لامپهای رشته ای برای تولید نور مرئی باید به شدت داغ شود. محققان میگویند این لامپ گرافنی جدید آن قدر کارآمد و کوچک است که تکنولوژی حاصل از آن میتواند در تولید صفحه نمایشهای جدید یا بررسی پدیده درجه حرارت بالا در مقیاسهای کوچک به کار رود.
عبور جریان الکتریکی از رشته درون یک لامپ رشته ای، که معمولا از جنس تنگستن است، آن را بسیار داغ و درخشان میکند. الکترونها در این ماده حرکت میکنند و به الکترونهای اتمهای رشته برخورد کرده و به آنها انرژی میدهند. این الکنرونها طی فرآیند بازگشت به سطح انرژی اولیه خود، فوتون (نور) ساطع میکنند.
در این پژوهش تازه، دانشمندان برای ساخت باریک ترین لامپ جهان از نوارهایی با عرض در حدود چند میکرون و طولی برابر با 6/5 تا 14 میکرون استفاده کردند (هر میکرون برابر است با یک میلیونیوم متر و هر تار مو 90 میکرون ضخامت دارد). هر کدام از این نوارها مثل یک پل از سویی به سوی دیگر یک گودال سیلیکونی کشیده شده اند. به هر سر نوار گرافنی هم یک الکترود متصل شد. گرافن هم درست مثل تنگستن با عبور جریان از میانش نور ساطع میکند. اما نکته ای که در این جا وجود دارد این است که با افزایش حرارت گرافن، رسانایی گرمایی آن کاهش مییابد؛ یعنی برخلاف رشته تنگستنی که گرما در آن به طور یکنواخت پخش میشود، گرما در نقطه ای وسط گرافن باقی میماند.
میونگ هو بی (Myung-Ho Bae)، یکی از نویسندگان ابن تحقیق، میگوید: گیر افتادن گرما در یک نقطه، تششع نور را پربازده تر میکند. دمای الکترونهای داغ در مرکز گرافن حدود 3 هزار کلوین و دمای شبکه گرافن حدود 2 هزار کلوین است. این اختلاف دما باعث میشود یک نقطه داغ در مرکز نوار به وجود بیاید و بخش تششع نور در مرکز گرافن متمرکز شود و در نتیجه بازده بالا تر رود. تازه باعث میشود که الکترودهای دو سر گرافن ذوب نشوند.
یون دنیل پارک (Yun Daniel Park)، از محققان اصلی این پژوهش و استاد فیزیک در دانشگاه ملی سئول (Seoul National University)، میگوید این اولین بار است که از گرافن نور تولید شده و معمولا این ماده به صورت جاساز شده یا در تماس با یک لایه دیگر استفاده میشود.
پارک میگوید: تعلیق فیزیکی گرافن، مسیرهای فرار گرما را از بین میبرد. اگر گرافن روی یک لایه دیگر قرار بگیرد، مقدار زیادی از گرما به آن لایه منتقل میشود. قبل از ما، گروههای دیگر فقط نشر اندک تششعات در ناحیه فروسرخ را از گرافن گزارش داده بودند.
نوری که از گرافن ساطع میشد، از سطح سیلیکونی که جلوی هر قطعه آویزان بود بازتاب میکرد. این نور بازتاب شده با نور ساطع شده تداخل کرده و طرحی از نشر نور با قلههایی در طول موجهای مختلف تولید میکرد. این مساله یک ایده جدید به محققان داد: تنظیم نور با تغییر فاصله آن تا سیلیکون.
پارک میگوید: قوانین کلی گرافن ساده است، اما خیلی طول کشید تا کشف شود. حدود 5 سال طول کشید تا مکانیزم دقیق و تمام مسائل فیزیکی مربوط به آن را بفهمیم و پروژه یک جورهایی تبدیل شد به تخم مرغ کریستف کلمب؛ او اشاره دارد به افسانه ای که در آن کریستف کلمب از گروهی از مردان خواست که اگر میتوانند یک تخم مرغ را روی یک طرفش ایستاده قرار دهند. هیچ کدام موفق نشدند تا این که کریستف کلمب با شکستن پوسته یک طرف تخم مرغ ته آن را صاف کرد و آن را صاف روی زمین قرار داد. قبلا از گرافن در ساخت جلیقه ضدگلوله و سلول سوختی هیدروژنی کارآمدتر استفاده شده بود.
برچسب های مهم