بخش «نانو اِسپین اِلکترون ها» _ نانو اِلکترونیک

خواص انتقال الکترون با چرخش هماهنگ در«نانو اسپین الکترون ها» 

پژوهشگر و نویسنده: دکتر (  افشین رشید )


نکته:  گرافن  ، که یک هادی الکتریکی عالی است ، همچنین دارای خواص اسپینترونیک بینظیر است.شبکه کربن فوق العاده نازک قادر به انتقال الکترون با چرخش هماهنگ در مسافت های طولانی تر و چرخش برای مدت زمان طولانی تری از هر ماده شناخته شده دیگر در دمای اتاق است.اگر چه فاصله هنوز در مقیاس چند میکرومتر است و زمان هنوز در نانو ثانیه اندازه گیری می شود ، اما در اصل این امکان را برای امکان استفاده از چرخش در اجزای میکروالکترونیک باز می کند.

گرافن نام ورق لانه زنبوری اتمهای کربن با ضخامت اتم است. این بلوک سازنده سایر مواد گرافیکی است (از آنجا که قطر اتم کربن معمولی حدود 0.33 نانومتر است ، حدود 3 میلیون لایه گرافن در 1 میلی متر گرافیت وجود دارد).واحدهای گرافن به عنوان نانو گرافن شناخته می شوند. اینها متناسب با توابع خاص هستند و به همین ترتیب فرایند ساخت آنها پیچیده تر از گرافن عمومی است. نانوگرافن با حذف انتخابی اتم های هیدروژن از مولکول های آلی کربن و هیدروژن ساخته می شود ، این فرآیند دهیدروژناسیون نامیده می شود.سخت تر از الماس و در عین حال کشدارتر از لاستیک است. سخت تر از فولاد و در عین حال سبک تر از آلومینیوم است. گرافن قوی ترین ماده شناخته شده است.گرافن دارای خصوصیات شگفت انگیز دیگری است: تحرک بالای الکترون آن 100 برابر سریعتر از سیلیکون است. گرما را 2 برابر بهتر از الماس هدایت می کند. رسانایی الکتریکی آن 13 برابر بهتر از مس است. فقط 2.3٪ از نور بازتابنده را جذب می کند. نفوذ ناپذیر است به طوری که کوچکترین اتم (هلیوم) نیز نمی تواند از طریق یک صفحه گرافن تک لایه بدون نقص عبور کند.

ترانزیستور گرافنی در مدار بسیار رسانا است و بنابراین برای کاربرد های الکترونیکی ایده ‌آل است. با این حال، رسانایی بسیار بالای آن نیز میتواند مشکل‌ساز باشد، زیرا افزاره ‌های ساخته شده از این ماده حتی هنگام وضعیت خاموش نیز، رسانش خود را حفظ می ‌کنند. ترانزیستور گرافنی که حاوی لایه ‌هایی از نیترید بور یا دی ‌سولفید مولیبدن قرار گرفته بین صفحه‌ های گرافنی است، در ساختار ترانزیستور این لایه ‌ها به عنوان مانع ‌های عمودی تونل ‌زنی عمل می کنند و نشت جریان حتی در دمای اتاق را به حداقل می ‌رسانند .مدار های  الکترونیکی، هنگامی که در وضعیت خاموش هستند، نباید الکتریسیته مصرف کنند؛ اما افزاره ‌های ساخته شده از گرافن حتی در بهترین وضعیت خاموش نیز رسانش را ادامه میی دهند. این ویژگی نه تنها باعث اتلاف توان می ‌شود، بلکه بدین معنی نیز است که این افزاره ‌ها را نمی‌توان در مدارات الکترونیکی حساس استفاده نمود ، زیرا جریان الکتریکی عبور کننده از سرتا سر گرافن  تراشه‌ ها را تقریبا فوراً ذوب می ‌کند.ترانزیستور hbcn از دیدگاه مداری یک عنصر سه‌ پایه می‌باشد که با اعمال یک سیگنال به یکی از پایه‌های آن میزان جریان عبور کننده از دو پایه دیگر آن را می‌توان تنظیم کرد. برای عملکرد صحیح ترانزیستور گرافنی در مدار باید توسط المانهای دیگر مانند مقاومتها و… جریان‌ها و ولتاژهای لازم را برای آن فراهم کرد و یا اصطلاحاً آن را بایاس کرد.این ترانزیستور ها برای تقویت سیگنال های با ولتاژ و جریان با دامنه کم به کار می روند و معمولا در تقویت کننده های قدرت متوسط یا برای مدار های کلیدی به کار می روند.

نتیجه گیری: 

گرافن  ، که یک هادی الکتریکی عالی است ، همچنین دارای خواص اسپینترونیک بینظیر است.شبکه کربن فوق العاده نازک قادر به انتقال الکترون با چرخش هماهنگ در مسافت های طولانی تر و چرخش برای مدت زمان طولانی تری از هر ماده شناخته شده دیگر در دمای اتاق است.اگر چه فاصله هنوز در مقیاس چند میکرومتر است و زمان هنوز در نانو ثانیه اندازه گیری می شود ، اما در اصل این امکان را برای امکان استفاده از چرخش در اجزای میکروالکترونیک باز می کند.

  • پژوهشگر و نویسنده:  دکتر  (  افشین رشید)

  • دکترایِ  تخصصی نانو _ میکرو الکترونیک