ابداع مواد ۲ بعدی مصنوعی که رسانای الکتریسیته هستند

به گزارش ایسنا و به نقل از فیز، در سال 1965 میلادی، "فیلیپ اندرسون"(Philip W. Anderson)، یکی از فیزیکدانان مشهور "دانشگاه پرینستون"(Princeton University) آمریکا ادعا کرد که شاید فلزات فروالکتریک، به رغم وجود نداشتن در طبیعت، بتوانند رسانای الکتریسیته باشند.

"فروالکتریسیته"(Ferroelectricity)، خاصیتی در مواد است که باعث می‌شود در سطح سلول واحد، به علت چینش منظم اتم‌ها یا مولکول‌ها، دوقطبی‌های الکتریکی دائمی به وجود بیاید؛ به طوری که جهت آنها با اعمال میدان الکتریکی خارجی قابل تنظیم باشد.

برای دهه‌ها، دانشمندان فکر می‌کردند اثبات نظریه اندرسون که در سال 1977 میلادی موفق به دریافت جایزه نوبل شد، غیرممکن است اما اکنون، پژوهشی که به سرپرستی یک گروه بین‌المللی از دانشمندان " دانشگاه راتگرز" آمریکا انجام شده، این نظریه را تایید می‌کند.

"جک چاخالیان"(Jak Chakhalian)، استاد دانشگاه راتگرز و سرپرست این گروه پژوهشی گفت: ما موفق شدیم با استفاده از ویژگی‌های شبیه به فروالکتریسیته  در دمای اتاق، نوع جدیدی از مواد دو بعدی مصنوعی ابداع کنیم که رسانای الکتریسیته هستند و تاکنون در طبیعت یافت نشده‌اند.

وی افزود: پایه این فناوری، مواد فروالکتریک هستند که در تجهیزات الکتریکی مانند تلفن همراه، تجهیزات پزشکی، حسگرهای مافوق حساس و تجهیزات سونار مورد استفاه قرار می‌گیرند. هیچ کدام از این مواد، رسانای الکتریسیته نیستند اما شاید یافته‌های ما، به تولید نسل جدیدی از ابزار الکتریکی منجر شوند.

مواد فروالکتریک، مواد بسیار مهمی هستند. این مواد، هنگام ارائه الکتریسیته، حرکت می‌کنند و همچنین کاهش یا افزایش می‌یابند. این ویژگی، امکان حرکت دادن مواد با دقت فوق‌العاده را فراهم می‌کند. علاوه بر این، هر تلفن همراه جدید، ترکیبات بسیاری با ویژگی‌های مشابه مواد فروالکتریک دارد.

این گروه پژوهشی، مانند بقیه فیزیکدانان، با چالش‌های بسیاری روبه‌رو شدند و نتوانستند قانونی در فیزیک پیدا کنند که نشان دهد امکان ابداع مواد فروالکتریک وجود ندارد. آنها تلاش کردند ورقه‌هایی از این مواد ابداع کنند که ضخامت آنها فقط به اندازه چند اتم است.

چاخالیان ادامه داد: هنگامی که ماده‌ای، از ویژگی‌های فروالکتریک برخوردار می‌شود، اتم‌های آن دائما تغییر می‌کنند. ما قصد داریم به یک کریستال مصنوعی، ویژگی‌های فلز را اضافه کنیم تا بتواند رسانای الکتریسیته باشد.

بنابراین، برای ابداع یک فلز دوبعدی، از دو لایه بسیار نازک استفاده کردیم و سپس، برای تغییر اتم‌های موجود در لایه فلزی، لایه‌ای با ویژگی‌های خاص به آن افزودیم. به این ترتیب، فلزی با ویژگی‌های مشابه مواد فروالکتریک به وجود آمد که عملکردهای بسیاری دارد.

یافته‌های این پژوهش، در مجله "Nature Communications" به چاپ رسید.