جدیدگرافن دنیا را تغییر خواهد داد، فلزی که رفتاری همچون آب دارد
گرافن دنیا را تغییر خواهد داد، فلزی که رفتاری همچون آب دارد
گرافن دنیا را تغییر خواهد داد،
فلزی که رفتاری همچون آب دارد
[box type=”shadow” align=”alignright” ]
آندره لوکاس از پژوهشگران این طرح و دانشجوی کارشناسی‌ارشد و هرشل اسمیت استاد فیزیک دانشگاه هاروارد می‌گویند :” فیزیکی که ما توسط سیاه‌چاله‌ها و تئوری ریسمان کشف کرده‌ایم را در گرافن می‌بینیم. چرا که این نخستین سیستم مدل هیدرودینامیک نسبیتی در یک فلز است.”
[/box]
مقاله منتشر شده در Science researchers سعی بر توضیح مفهوم و ویژگی‌های اساسی گرافن و همچنین مشاهده الکترون‌ها برای نخستین‌بار در یک فلز که رفتاری مانند یک سیال داشته را دارد. این پژوهش می‌تواند منجر به تولید دستگاه‌های حرارتی نوین و همچنین مدلی برای کشف پدیده‌های عجیب مانند سیاه‌چاله‌ها و پلاسماهایی با انرژی بالا می‌شود.
بزرگراه فوق‌العاده یک الکترون
معمولا در فلزات سه‌بعدی، الکترون‌ها به سختی با یکدیگر در تعامل قرار می‌گیرند. اما گرافن‌های دو بعدی باساختار همچون شانه‌ی عسل، مانند بزرگراه فوق‌العاده‌ی یک الکترون که در آن تمام ذرات باید در یک راه باریک حرکت کنند، عمل می‌کنند.
الکترون‌ها در گرافن مانند اشیایی بدون جرم با بارهای مثبت و منفی عمل می‌کنند. آن‌ها با سرعت باورنکردنی 1/300 از سرعت نور حرکت کرده و پیش‌بینی شده که 10 تریلیون بار در ثانیه در دمای اتاق با یکدیگر برخورد دارند. پیش از این، چنین تعاملات شدیدی بین ذرات باردار در هیچ یک از فلزات مشاهده نشده بود.
جس کروسنو دانشجوی کارشناسی‌ارشد و نویسنده اول مقاله می‌گوید: ” اگر شما ماده‌ای داشته باشید که یک اتم ضخیم باشد، توسط محیط اطرافش تحت تاثیر قرار خواهد گرفت . اما اگر گرافن برروی سطحی که ناصاف و ناهموار است، قرار گیرد، هیچ‌گونه تداخلی با محیط پیرامون خود نخواهد داشت. این پروژه توسط فیلیپ کیم و همکارانش در دانشگاه Columbia و پیش از رفتنش به هاروارد در 2014 آغاز به‌کار کرد و اکنون در لابراتوارش در SEAS تکمیل شده است.
سیاه‌چاله برروی تراشه
اینکه چگونه آب جریان می‌یابد (هیدرودینامیک) و یا چگونگی خمیده شدن یک توپ، با فیزیک کلاسیک توصیف می‌گردد. اجزای بسیار کوچک مانند الکترون‌ها توسط مکانیک کوانتوم توصیف می‌شوند و این‌درحالی است که چیزهای خیلی بزرگ و سریع توسط فیزیک نسبیت قابل توصیف هستند. (آلبرت انیشتن)
ترکیب این قوانین دشوار است. سیستم‌های با انرژی بالا مانند ابرنواخترها و سیاه‌چاله‌ها را می‌توان توسط ارتباط دادن تئوری‌های هیدرودینامیک کلاسیک با تئوری نسبیت انیشتن توصیف کرد. اما اجرای یک آزمایش در داخل گرافن دشواراست. چرا که در عین‌حال، زمانی‌که ذرات قوی در گرافن توسط یک میدان الکتریکی همانند ذرات منفرد، تحریک می‌شوند، مانند سیالی که می‌تواند با هیدرودینامیک توصیف شود نیز رفتار می‌کند.
کروسنو دراین‌باره می‌گوید: “به جای تماشای یک ذره‌ی تنها که توسط یک نیروی الکتریکی یا حرارتی تحت تاثیر قرارمی گیرد، می‌توانیم انرژی حفاظت شده در بین ذرات زیادی در جریان مانند یک موج آب را مشاهده کنیم.”
آندره لوکاس از پژوهشگران این طرح و دانشجوی کارشناسی‌ارشد و هرشل اسمیت استاد فیزیک دانشگاه هاروارد می‌گویند :” فیزیکی که ما توسط سیاه‌چاله‌ها و تئوری ریسمان کشف کرده‌ایم را در گرافن می‌بینیم. چرا که این نخستین سیستم مدل هیدرودینامیک نسبیتی در یک فلز است.”
پیامدهای صنعتی
بنابراین ما می‌دانیم که الکترون‌های قوی در گرافن مانند مایع رفتار می‌کنند. در ابتدا، برای مشاهده سیستم هیدرودینامیک، تیم نیازمند توسعه راهی دقیق برای اندازه‌گیری در مورد اینکه الکترون‌ها چگونه به خوبی گرما را حمل می کنند، دارند. دکتر کین چونگ فونگ از پژوهشگران Raytheon BBN Technology می‌گوید: “انجام این کار بسیار مشکل است.”
باید اشاره کرد که مواد، گرما را از دو راه هدایت می کنند: «از طریق نوسان‌ها در ساختار اتم یا شبکه و یا از طریق الکترون‌هایشان»
فونگ افزود: “ما نیاز داشتیم که روشی زیرکانه برای نادیده گرفتن انتقال گرما از شبکه و تمرکز بر روی اینکه چه‌مقدار گرما توسط الکترون‌ها حمل می‌شود بیابیم.” در دمای محدود، الکترون‌ها به‌طور تصادفی حرکت می‌کنند. با اندازه‌گیری دمای الکترون‌ها تا سه رقم اعشار، این تیم قادر به اندازه‌گیری هدایت حرارتی الکترون‌ها خواهد بود.
لوکاس همچنین در ادامه افزود گفت: “تبدیل انرژی حرارتی به جریان الکتریکی و بلعکس با مواد معمولی، کاری بس دشوار و در برخی شرایط نشدنی است. اما در اصل، با یک نمونه‌ی تمیز از گرافن ممکن است هیچ محدودیتی برای اینکه بتوانید یک دستگاه با کارایی زیاد بسازید، وجود نداشته باشد.”
[box type=”info” align=”alignright” width=”1124″ ]منبع : sciencedaily.com
ترجمه : خانم نازلار قاسم زاده
[/box]
دیدگاه کاربران