سلوك غير متوقع – قد يؤدي الانحناء للمادة النانوية ثنائية الأبعاد إلى “تشغيل” التقنيات المستقبلية
اكتشف العلماء في جامعة رايس ميزة جديدة قابلة للتطبيق لفئة معينة من المواد ثنائية الأبعاد.
اكتشف عالم المواد بجامعة رايس بوريس ياكوبسون وفريقه خاصية المواد الحديدية ثنائية الأبعاد التي يمكن استغلالها كميزة في الأجهزة المستقبلية.
وفقًا لدراسة نُشرت في ACS Nano ، يمكن التحكم في المواد الفيروكهربائية أحادية الطبقة، نظرًا لقدرتها على الانحناء استجابةً لمحفز كهربائي، لتعمل كمفتاح بمقياس النانو أو حتى كمحرك.
بوريس ياكوبسون هو أستاذ رايس كارل ف. هاسلمان لعلوم المواد والهندسة النانوية. الائتمان: جيف فيتلو / جامعة رايس
تتكون المواد أحادية الطبقة أو ثنائية الأبعاد عادةً من طبقة واحدة من الذرات، مما يعني أنها لا يتجاوز سمكها بضع نانومترات. لقد حظيت باهتمام كبير في السنوات الأخيرة بسبب خصائصها الفيزيائية والكهربائية والكيميائية والبصرية، مما يجعلها مفيدة في التطبيقات التي تتراوح من الإلكترونيات الاستهلاكية إلى التقنيات الطبية والصناعية.
قال ياكوبسون: “المواد ثنائية الأبعاد رفيعة جدًا ومرنة جدًا”. “في الكهروه الحديدية أحادية الطبقة، ينتج عن هذا سلوك انحناء تلقائي نشط غير متوقع.”
“الحداثة التي وجدناها في هذه الدراسة هي أن هناك ارتباطًا أو اقترانًا بين الحالة الكهربية الحديدية وثني المادة أو ثنيها. يجمع هذا العمل بين اكتشاف أو التنبؤ بخاصية أساسية لفئة من المواد ثنائية الأبعاد مع زاوية تطبيق عملية. “
الفيروكهربائيات عبارة عن مواد تتكون من أيونات سالبة وموجبة يمكن أن تتحول لإنتاج استقطاب تلقائي، مما يعني أن الأيونات تنفصل بناءً على شحنتها الكهربائية.
“الشيء المثير للاهتمام هو أن الذرات ليست متطابقة”، يشرح جون جي زانج، باحث رايس ما بعد الدكتوراه والمؤلف الرئيسي في الدراسة. “بعضها أكبر، والبعض الآخر أصغر، لذا فإن تناسق الطبقة مكسور.”
Jun-Jie Zhang هو باحث مشارك في أبحاث رايس لما بعد الدكتوراه ومؤلف رئيسي في الدراسة. الائتمان: مجموعة ياكوبسون / جامعة رايس
يدفع الاستقطاب الذرات الكبيرة إلى جانب واحد من طبقة المادة ثنائية الأبعاد والذرات الأصغر إلى الجانب الآخر. يؤدي هذا التوزيع غير المتماثل للذرات أو الأيونات إلى انحناء سطح المادة في حالة كهربية حديدية.
قال ياكوبسون: “بدلاً من أن تظل مسطحة، في حالة الحديد الكهروضوئي، فإن المادة تنحني”. “إذا قمت بتبديل الاستقطاب – ويمكنك تبديله عن طريق تطبيق الجهد الكهربائي – يمكنك التحكم في الاتجاه الذي سينحني فيه. هذا السلوك الذي يمكن التحكم فيه يعني أن لديك مشغل.
“المشغل هو أي جهاز يترجم إشارة – في كثير من الحالات إشارة كهربائية، ولكن يمكن أن يكون نوعًا مختلفًا من الإشارات – إلى إزاحة ميكانيكية أو، بعبارة أخرى، حركة أو عمل.”
نظرت الدراسة في فوسفيد الإنديوم ثنائي الأبعاد (InP) كممثل لفئة الكهرومغناطيسية التي تتنبأ بها هذه الخاصية.
قال ياكوبسون: “يجب اختبار هذه الخاصية الجديدة أو سلوك الانثناء في المختبر بحثًا عن مواد معينة”. سيكون استخدامه على الأرجح كنوع من التبديل. هذا السلوك سريع جدًا، وحساس جدًا، مما يعني أنه باستخدام إشارة محلية صغيرة جدًا، يمكنك ربما تشغيل توربين أو محرك كهربائي، أو التحكم في مرايا تلسكوبات البصريات التكيفية. هذا هو جوهر هذه المحركات.
“عندما تقود سيارتك، يكون لديك الكثير من المقابض والمفاتيح وهذا يجعل كل شيء سهلًا حقًا. ليس عليك فتح نافذة سيارتك بعد الآن، يمكنك فقط تشغيل مفتاح “.
المصدر: scitechdaily
قد يهمك:
