مواد و ساخت پیشرفته

خواصی که موادی مانند نیمه‌هادی‌ها را بسیار پرکاربرد می‌کند ناشی از نحوه اتصال اتم‌های آنها است و بینش در مورد این پیکربندی‌های اتمی می‌تواند به دانشمندان کمک نماید تا مواد جدید را طراحی کنند یا از مواد موجود به روش‌های جدید و پیش‌بینی نشده استفاده نمایند. اکنون، ییمو هان دانشمند مواد در دانشگاه رایس و همکارانش ویژگی‌های ساختاری یک ماده فروالکتریک دوبعدی ساخته شده از اتم‌های قلع و سلنیوم را توصیف کرده‌اند. این امر نشان داد که چگونه دامین‌های موجود در ماده – مناطقی که مولکول‌ها به طور یکسان جهت‌گیری دارند – بر رفتار آن تأثیر می‌گذارند.

چوکیائو شی از افراد حاضر در آزمایشگاه هان و نویسنده ارشد این مطالعه اظهار داشت که مواد فروالکتریک به طور گسترده در کاربردهایی مانند حافظه‌ها و حسگرها استفاده می‌شوند و احتمالاً برای ساختن نسل بعدی نانوالکترونیک و محاسبات در حافظه مفید خواهند بود. دلیلش این است که مواد فروالکتریک دوبعدی خواص کم‌نظیری دارند و با نازکی اتمی و قابلیت‌های یکپارچه‌سازی فزاینده خود شناخته می‌شوند.

در مواد فروالکتریک، مولکول‌ها پلاریزه می‌‌گردند و همچنین براساس پلاریزاسیون‌شان جدا و هم‌تراز می‌شوند. علاوه بر این فروالکتریک‌های دو بعدی در پاسخ به محرک‌های الکتریکی طی پدیده‌ای به نام فلکسو الکتریسیته تغییر شکل می‌دهند. در کریستال قلع سلنیوم که این تحقیق بر روی آن متمرکز بود مولکول‌ها به صورت تکه‌ها یا دامین‌های خود سازماندهی می‌شوند و اثر فلکسو الکتریک باعث حرکت این دامین‌ها می‌گردد و سبب ایجاد تغییرات ساختاری در ماده می‌شود که بر خواص و رفتار آن تأثیر می‌گذارد.

هان استادیار علوم مواد در اینباره می‌گوید واقعاً مهم است که ما رابطه پیچیده بین ساختار اتمی و قطبش الکتریکی که یک ویژگی مهم در مواد فروالکتریک است را درک کنیم. این ساختار وابسته به دامین می‌تواند برای مهندسان بسیار مفید باشد تا بفهمند چگونه از مواد به بهترین شکل استفاده نمایند و به ویژگی‌های آن برای طراحی برنامه‌ها تکیه کنند.

برخلاف فروالکتریک‌های معمولی، که در آن اتم‌ها توسط یک شبکه سخت محدود می‌شوند، در کریستال قلع-سلنیت دوبعدی که توسط هان و شی مورد مطالعه قرار گرفت، نیروهایی که اتم‌ها را به یکدیگر متصل می‌کنند ضعیف‌تر هستند و به شبکه اتمی کیفیتی انعطاف‌پذیرتر و تاشونده می‌دهند. شی در این رابطه اظهار داشت که این ماده متعلق به دسته خاصی از مواد دو بعدی است که به عنوان فروالکتریک واندروالس شناخته می‌شوند، که خواص آن می‌تواند در طراحی نسل بعدی دستگاه‌ها و حسگرهای ذخیره‌سازی بسیار نازک داده مورد استفاده قرار گیرند.

نیروهای واندروالس ضعیف‌تر از پیوندهای شیمیایی هستند. آنها همان نیروهایی هستند که به ژکوها (نوعی مارمولک) اجازه می‌دهد از گرانش سرپیچی کنند و از دیوارها بالا بروند. شبکه‌های نرم درون صفحه این ماده دوبعدی همراه با نیروهای بین‌لایه‌ای نسبتا ضعیف‌تر واندروالس، یک چشم‌انداز ساختاری منحصربه‌فرد ایجاد می‌کند. این ویژگی‌های ساختاری متمایز اثرات منحصر به فرد فروالکتریک‌های دوبعدی را ایجاد می‌کنند که در نمونه‌های بالکی‌شان وجود ندارند. درجه انعطاف‌پذیری یا آزادی بیشتر شبکه اتمی در فروالکتریک دوبعدی واندروالس، ترسیم رابطه بین قطبش و ساختار مواد را دشوارتر می‌کند.

هان در این مورد گفت ما در این مطالعه یک تکنیک جدید توسعه دادیم که به ما امکان می‌دهد هم‌زمان به ترتیب کرنش درون صفحه و خارج از صفحه را نظاره کنیم، کاری که تحقیقات متعارف این ماده قبلاً قادر به انجام آن نبودند. یافته‌های ما قرار است مهندسی دامین در فروالکتریک‌های دوبعدی واندروالس را متحول کند و آنها را به عنوان سنگ بنای توسعه دستگاه‌های پیشرفته آینده معرفی نماید.

منبع خبر