Ultimate magazine theme for WordPress.

سنتز روی سطح نانوروبن های گرافن می تواند دستگاه های کوانتومی را پیش ببرد

0

سنتز روی سطح نانوروبن های گرافن می تواند دستگاه های کوانتومی را پیش ببرد

 

سنتز روی سطح نانوروبن های گرافن می تواند دستگاه های کوانتومی را پیش ببرد
دانشمندان نانو الیاف گرافن را که با رنگ زرد نشان داده شده است ، روی یک لایه دی اکسید تیتانیوم ، به رنگ آبی سنتز کردند. انتهای سبکتر روبان حالت مغناطیسی را نشان می دهد. نقاشی داخلی نشان می دهد که چگونه انتها به بالا و پایین می چرخند ، مناسب برای ایجاد کیوبیت. اعتبار: ORNL ، گروه انرژی ایالات متحده

سنتز روی سطح نانوروبن های گرافن می تواند دستگاه های کوانتومی را پیش ببرد یک تیم بین المللی چند موسسه از دانشمندان نانوروبانهای گرافن – نوارهای فوق العاده نازک از اتمهای کربن – را بر روی سطح دی اکسید تیتانیوم با استفاده از یک روش دقیق اتمی که مانع ایجاد نانوساختارهای کربنی با طراحی سفارشی مورد نیاز برای اطلاعات کوانتومی را از بین می برد ، سنتز کرده اند علوم

دانشکده ها : گرافن از لایه های کربن با ضخامت تک اتم تشکیل شده است که ویژگی های مکانیکی فوق سبک ، رسانا و بسیار قوی را به خود اختصاص داده است. این ماده که به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است ، به دلیل الکترونیکی بودن ، نوری و خواص حمل و نقل .

در صورت استفاده از نانوسیم ، گرافن را می توان در دستگاه های در مقیاس نانو استفاده کرد. با این حال ، عدم دقت در مقیاس اتمی در استفاده از پیشرفته ترین روش های مصنوعی “از بالا به پایین” – برش یک ورق گرافن به نوارهای باریک با اتم – استفاده عملی از استایمی گرافن.

محققان رویکرد “از پایین به بالا” را ایجاد کردند – ساخت نانوروبن گرافن مستقیماً در سطح اتمی به روشی که بتوان آن را در کاربردهای خاص مورد استفاده قرار داد ، که در مرکز علوم مواد نانوفاژ یا CNMS ، واقع در آزمایشگاه ملی آزمایشگاه ملی انرژی اوک ریج ، تصور و محقق شد.

با کوچکتر و کوچکتر شدن بخشهای گرافن ، این روش دقیق مطلق به حفظ خواص ارزشمند تک لایه های گرافن کمک می کند. عرض فقط یک یا دو اتم می تواند خصوصیات سیستم را به طرز چشمگیری تغییر دهد و یک روبان نیمه رسانا را به یک روبان فلزی تبدیل کند. نتایج این تیم در Science شرح داده شد.

ORNL ، مارک کولمر ، آن پینگ لی و وونه کو از گروه میکروسکوپی اسکن کردن تونلینگ CNMS در این پروژه با محققان Espeem ، یک شرکت تحقیقاتی خصوصی و چندین موسسه اروپایی همکاری کردند: دانشگاه فردریش الکساندر ارلانگن-نورنبرگ ، دانشگاه جاجیلونیان و دانشگاه مارتین لوتر هاله ویتنبرگ.

تخصص منحصر به فرد ORNL در اسکن میکروسکوپ تونل زنی برای موفقیت تیم ، هم در دستکاری مواد پیش ساز و هم در تأیید نتایج ، حیاتی بود. کولمر ، عضو فوق دکترا و نویسنده اصلی مقاله ، گفت: “این میکروسکوپ ها به شما امکان می دهند ماده را در مقیاس اتمی به طور مستقیم تصویر و دستکاری کنید.” “نوک سوزن آنقدر ظریف است که اساساً اندازه آن یک اتم منفرد است. میکروسکوپ به صورت خط به خط در حال حرکت است و دائماً فعل و انفعال بین سوزن و سطح را اندازه گیری می کند و نقشه ای دقیق از نظر اتمی از ساختار سطح ارائه می دهد.”

در آزمایش های گذشته نانوروبن گرافن ، این ماده بر روی یک لایه فلزی سنتز شده است ، که به طور اجتناب ناپذیری خصوصیات الکترونیکی نانوروبن ها را سرکوب می کند. کولمر گفت: “داشتن خواص الکترونیکی این روبان ها به همان شکلی که طراحی شده کار می کند. از نظر کاربرد ، استفاده از یک لایه فلزی مفید نیست زیرا خواص را نمایش می دهد.” “این یک چالش بزرگ در این زمینه است – چگونه می توان شبکه مولکول ها را برای انتقال به ترانزیستور جدا کرد؟”

رویکرد جداسازی کنونی شامل حذف سیستم از شرایط خلاra بسیار زیاد و قرار دادن آن در یک فرآیند شیمی مرطوب چند مرحله ای است که نیاز به حکاکی بستر فلزی دارد. این فرایند با دقت دقیق و تمیز استفاده شده در ایجاد سیستم مغایرت دارد.

برای یافتن فرایندی که روی یک لایه غیر فلزی کار کند ، کولمر شروع به آزمایش سطح اکسید و تقلید از استراتژیهای مورد استفاده در فلز کرد. سرانجام ، او به گروهی از شیمیدانان اروپایی متخصص در شیمی فلورآرن متوسل شد و شروع به ساخت طرحی برای پیش ماده شیمیایی کرد که امکان سنتز مستقیم روی سطح دی اکسید تیتانیوم روتیل را فراهم کند. لی ، یک نویسنده ارشد مقاله که تیم را در CNMS هدایت می کند ، گفت: “سنتز روی سطح به ما امکان می دهد تا با دقت بسیار بالایی مواد را بسازیم و برای رسیدن به آن ، ما با پیش سازهای مولکولی شروع کردیم.” “واکنشهایی که برای بدست آوردن ویژگیهای خاص نیاز داشتیم اساساً از طریق پیش ساز برنامه ریزی شده است. ما از دمایی که در آن واکنش رخ خواهد داد می دانیم و با تنظیم دما می توانیم توالی واکنشها را کنترل کنیم.”

“لی یکی دیگر از مزایای سنتز روی سطح ، انبوهی از مواد کاندیدا است که می تواند به عنوان پیش ماده مورد استفاده قرار گیرد و سطح بالایی از قابلیت برنامه ریزی را فراهم می کند.”

استفاده دقیق از مواد شیمیایی برای جدا کردن سیستم همچنین به حفظ ساختار پوسته باز کمک می کند ، به محققان اجازه می دهد تا در سطح اتم ، مولکول هایی با خواص کوانتومی منحصر به فرد ایجاد و مطالعه کنند. لی گفت: “به خصوص اگر این روبانهای گرافنی دارای حالتهای مغناطیسی متصل شده ای هستند که به آنها حالت چرخش کوانتومی نیز گفته می شود ، بسیار جالب توجه است.” “این کشورها با امید ایجاد کیوبیت برای کاربردها در علوم اطلاعات کوانتومی ، بستری را برای مطالعه تعاملات مغناطیسی در اختیار ما قرار می دهند.” از آنجا که اختلال کمی در فعل و انفعالات مغناطیسی در مواد مولکولی مبتنی بر کربن وجود دارد ، این روش امکان برنامه ریزی حالت های مغناطیسی با ماندگاری طولانی را از داخل مواد فراهم می کند.

رویکرد آنها یک روبان با دقت بالا ایجاد می کند که از بستر جدا شده و برای کاربردهای علم اطلاعات اسپینترونیک و کوانتومی مطلوب است. سیستم حاصل به طور ایده آل برای بررسی و ساخت بیشتر مناسب است ، احتمالاً به عنوان یک ترانزیستور در مقیاس نانو چون دارای باند گپ گسترده ای است ، در فضای بین حالت های الکترونیکی که برای انتقال سیگنال روشن / خاموش مورد نیاز است.


شیمیدان ها در سنتز نانوروبن های گرافن به دستیابی به موفقیت موفق رسیده اند

اطلاعات بیشتر: مارک کولمر و همکاران ، سنتز منطقی نانوروبن های گرافن دقیق اتمی به طور مستقیم بر روی سطوح اکسید فلز ، علم (۲۰۲۰). DOI: 10.1126 / science.abb8880
تهیه شده توسط آزمایشگاه ملی اوک ریج
ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.