Rays Universitetinin tədqiqatçıları qrafendəki son dərəcə kiçik qırışların materialın elektriksel davranışını dəyişdirə biləcəyini aşkar ediblər. Nəticələr qeyri-bərabər əyilmənin materialda elektrik yükü yaratmasına səbəb olduğu fleksoelektrik effekti üçün eksperimental sübutlar təqdim edir. Nəticələr Advanced Materials jurnalında dərc olunub .

Bu iş, cəmi bir neçə atom qalınlığında olan materiallarda elektrik enerjisini idarə etməyin mümkün yeni bir yoluna işarə edir. Alimlər kimyəvi maddələr əlavə etməklə və ya başqa bir şeylə birləşdirərək bir materialı dəyişdirmək əvəzinə, sadəcə formasını dəyişdirərək onun elektrik xüsusiyyətlərini tənzimləyə bilərlər. Gələcəkdə bu strategiya daha həssas sensorlara və son dərəcə nazik elektron cihazlara töhfə verə bilər.

“İşimiz göstərir ki, hətta adi bir qırış belə atom miqyasında baxıldıqda fövqəladə bir elektron xüsusiyyətə çevrilə bilər”, – deyə tədqiqatın həmmüəllifi və Benjamin M. və Meri Qrinvud Anderson adına Mühəndislik Professoru Pulikel Ajayan bildirib. “Qrafendə yalnız həndəsənin elektrik davranışını dəyişdirə biləcəyini nümayiş etdirməklə, xüsusiyyətləri kimya vasitəsilə deyil, struktur vasitəsilə idarə oluna bilən materialların dizaynı üçün yeni bir yol açırıq.”

Qrafenin Atom Miqyasında Tədqiqi

Qrafen tək bir karbon atomu təbəqəsindən ibarətdir. Bu tədqiqat üçün tədqiqatçılar materialda təbii olaraq əmələ gələn qırışlara diqqət yetiriblər. Bəzi əyilmələr metrin milyardda birindən kiçik bölgələrə sıxışdırılıb. Bu miqyasda güclü əyrilik elektronların qrafenin bir tərəfinə bir az sürüşməsinə səbəb ola bilər.

“Təsəvvür edin ki, elastik xətkeşi əyirsiniz, amma əyilmə metrin milyardda birindən kiçik bir boşluğa sıxılır”, – deyə Rays-ın keçmiş doktorantı və tədqiqatın aparıcı müəllifi Satvik Ajay Iyengar bildirib. “Bu miqyasda qrafendəki elektronlar bir tərəfə bir az sürüşür və kiçik bir batareyanın ucları kimi iki əks elektrik tərəfi yaradır.”

Təsiri araşdırmaq üçün komanda qırışların formasını xəritələşdirmək və yerli elektrik enerjisini və cərəyanı ölçmək üçün ixtisaslaşdırılmış mikroskop zondlarından istifadə etdi. Tədqiqatçılar həmçinin atomların necə dartıldığını və ya sıxıldığını göstərən lazer əsaslı metod olan Raman spektroskopiyasından da istifadə etdilər. Kompüter simulyasiyaları əyilmənin elektronların hərəkətinə necə təsir edəcəyini proqnozlaşdırmağa kömək etdi.

Tədqiqatçılar yüksək əyri qırışları yaxınlıqdakı düz qrafen sahələri ilə müqayisə edərək, əyriliyin yaratdığı elektrik effektlərini digər mümkün təsirlərdən ayıra bildilər.

İyenqar bildirib ki, “Əvvəlki tədqiqatlar tez-tez daha yumşaq əyilmələri araşdırırdı və ya xarici təzyiqə əsaslanırdı ki, bu da bu incə effekti ayırmağı çətinləşdirirdi. Kəskin əyri qırışları düz qrafenlə müqayisə etmək bizə həddindən artıq əyriliyin rolunu aydın şəkildə müəyyən etməyə imkan verdi.”

Kəskin Qırışlar Güclü Elektrik Təsirləri Yaradır

Komanda qrafen qırışlarının kiçik elektrik sürət maneələri sıralarına bənzədiyini aşkar etdi. Kəskin əyri uclarında qırışlar yerli elektrik enerjisini dəyişdirdi. Təxminən bir volt elektrik enerjisi tətbiq edildikdən sonra tədqiqatçılar ardıcıl olaraq elektrik cərəyanı aşkar etdilər. Ölçmələr kompüter modellərinin proqnozlaşdırdıqları ilə çox üst-üstə düşdü.

Reaksiyanın gücü hər qırışın nə qədər hündür olmasından daha çox, onun nə qədər kəskin olması ilə bağlı idi. Tədqiqatçılar nəticədə yaranan polyarizasiyanın daha böyük fleksoelektrik sistemlərdə müşahidə olunan polyarizasiyadan 100.000 ilə 10 milyon dəfə arasında güclü olduğunu təxmin etdilər. Polyarizasiya materialın içərisindəki müsbət və mənfi elektrik yüklərinin ayrılmasına aiddir.

İyenqar dedi: “Qırışığın kəskinliyi onun ümumi ölçüsündən daha vacib oldu. Bu, bizə nanoskalada əyriliyi diqqətlə idarə etməklə potensial olaraq elektrik davranışını tənzimləyə biləcəyimizi göstərir.”

2008-ci ildən bəri verilən bir proqnoz eksperimental dəstək qazandı

Kəşfin mənşəyi 2008-ci ilə gedib çıxır. O dövrdə nəzəri fizik Vinsent Menye kəskin əyilmə qrafeninin elektronlarını yenidən təşkil edə və elektrik reaksiyası yarada biləcəyini proqnozlaşdırmışdı. Hazırda Pensilvaniya Dövlət Universitetinin Mühəndislik Elmləri və Mexanika kafedrasının müdiri və PB Breneman kafedrasının müdiri olan Menye yeni tədqiqatın həmmüəllifidir.

Lakin proqnoz ilk dəfə verildikdə, yalnız bir neçə atom genişliyindəki əyilmələrdə belə bir təsiri ölçmək olduqca çətin idi.

İllər sonra İyenqar, Sasseks Universiteti ilə həmmüəllif, hazırda isə Cənubi Dakota Mədənlərində çalışan Manoj Tripathi ilə topladığı məlumatlara yenidən nəzər saldı. O, ən kəskin qrafen qırışlarında qeyri-adi elektrik siqnallarının göründüyünü gördü və nəticələri doktorluq işinin birgə məsləhətçisi olan Meunier ilə bölüşdü.

“Sathvik mənə və Manojun topladığı ölçmələri göstərəndə başa düşdük ki, qeyri-adi siqnallar illər əvvəl proqnozlaşdırdığımız bir ideya ilə eksperimental əlaqə yarada bilər”, – deyə Meunier bildirib. “Təcrübələri və atom miqyaslı hesablamaları bir araya gətirmək bizə bu əlaqəni birbaşa sınaqdan keçirməyə imkan verdi.”

Ultra İncə Elektronikaya Doğru Yeni Bir Yol

Bu tapıntılar tədqiqatçılara qrafen qırışlarının əyriliyinin qəsdən idarə olunmasının materialın elektrik xüsusiyyətlərini tənzimləmək üçün istifadə edilə biləcəyini araşdırmaq üçün bir yol təqdim edir. Əgər bu yanaşma praktik olaraq özünü doğrultsa, nəticədə alimlərə daha həssas sensorlar və ultra nazik elektron cihazlar hazırlamağa kömək edə bilər.

Tədqiqatçılar qırışları yalnız qüsur kimi qəbul etmək əvəzinə, onları həndəsəsi elektrikin necə davrandığını müəyyən etməyə kömək edən funksional xüsusiyyətlər kimi istifadə edə bilərlər.

İyenqar dedi: “Təbiət artıq bu kiçik qırışları bizim üçün yaradır. Onların elektrik davranışına necə təsir etdiyini anlamaq, alimlərə materialın öz strukturundan istifadə edərək gələcək texnologiyaların dizaynı üçün başqa bir vasitə verir.”

Əlavə müəlliflər arasında Mançester Universitetindən Ceyms MakHyu, Brayton Universitetindən Conatan Salvac, Rays Universitetindən Robert Vaytai , Cənubi Dakota Mədən və Texnologiya Məktəbindən Venkataramana Qadhamşetti və Sasseks Universitetindən həmmüəllif Alan Dalton var.

Tədqiqat Quad Təqaüd Fondu, Sussex Strategiya İnkişaf Fondu, Mançester Universitetinin Dame Kathleen Ollerenshaw Təqaüdü və Milli Elm Fondu tərəfindən dəstəklənib.