شبیه سازی های کامپیوتری، حالت جدیدی از ماده ی دوبعدی را پیش بینی کردند!

مشهورترین حالت های ماده که همه ی ما با آنها آشنا هستیم، جامد، مایع و گاز و البته پلاسما هستند. اما این روزها حالت های جالب و جدیدی از ماده کشف شده است. با دیپ لوک همراه باشید… همین چند روز پیش بود که خبر کشف حالت جدیدی از ماده به نام یان-تلر توسط شیمیدان های ژاپنی منتشر شد. حالتی که به واسطه ی اثر-یان تلر و افزایش فشار در ملکول های باکی بال(C60) ایجاد می شود. این فشار از طریق افزایش یون های روبیدیوم در منافذ باکی بال به وجود می آید. اما این بار حالت جدیدی از ماده توسط شبیه سازی های کامپیوتری پیش بینی شده ، اما هنوز در واقعیت متولد نشده است.

شبیه سازی های کامپیوتری، حالت جدیدی از ماده ی دوبعدی را پیش بینی کردند، اما این حالت جدید چیست؟

این حالت جدید، در واقع نوعی ماده ی دوبعدی است. لابد می پرسید ماده ی دو بعدی به چه معناست؟ ماده ی دوبعدی به ماده ای گفته می شود که تنها از یک لایه ی اتمی ساخته شده است. گرافن مشهورتین ماده ی دوبعدی است. گرافن در واقع یک لایه از ماده ی سه بعدی گرافیت است. در شکل زیر گرافن را می بینید.

تولید مواد دوبعدی تا قبل از کشف گرافن، یعنی حدود ۱۰ سال پیش، غیر ممکن به نظر می رسید. اما در سال ۲۰۰۴ جرقه های ساخت گرافن زده شد و در سال ۲۰۱۰، جایزه ی نوبل فیزیک به خاطر ساخت گرافن به آندره گایم و کنستانتین نووسلوف اهدا شد. شاید برایتان جالب باشد که پروفسور کنستانتین نووسلوف ششم اردیبهشت امسال، در دانشگاه صنعتی شریف، حضور یافته و در مورد پدیده‌های کوانتومی تکوینی در گرافن سخنرانی کرد. تصویر زیر مربوط به همین سخنرانی است (کنستانتین گفت که از سطح سوالات دانشجویان صنعتی شریف به شگفت آمده است و البته بسیاری از دانشجویان به شکل غیررسمی لباس پوشیدن او در سخنرانی و در کنار روسای دانشگاه اعتراض داشتند!).

برای آشنایی بیشتر با گرافن می توانید متن زیر را که برگرفته از سایت ویکی پدیاست مطالعه کنید:

گرافن ساختار دو بعدی از یک لایه منفرد شبکه لانه زنبوری کربنی می‌باشد. گرافن به علت داشتن خواص فوق العاده در رسانندگی الکتریکی و رسانندگی گرمایی، چگالی بالا و تحرک پذیری حامل‌های بار، رسانندگی اپتیکی و خواص مکانیکی به ماده‌ای منحصربفرد تبدیل شده است. این سامانه جدید حالت جامد به واسطه این خواص فوق العاده به عنوان کاندید بسیار مناسب برای جایگزینی سیلیکان در نسل بعدی قطعه‌های فوتونیکی و الکترونیکی در نظر گرفته شده است و از این رو توجه کم سابقه‌ای را در تحقیقات بنیادی و کاربردی به خود جلب کرده است. طول پیوند کربن ـ کربن در گرافین در حدود ۰٫۱۴۲ نانومتر است. ساختار زیر بنایی برای ساخت نانو ساختارهای کربنی، تک لایه گرافن است که اگر بر روی هم قرار بگیرند توده سه بعدی گرافیت را تشکیل می‌دهند که بر هم کنش بین این صفحات از نوع واندروالسی با فاصلهٔ بین صفحه‌ای ۰٫۳۳۵ نانومتر می‌باشد. اگر تک لایه گرافیتی حول محوری لوله شود نانو لوله کربنی شبه یک بعدی واگر به صورت کروی پیچانده شود فلورین شبه صفر بعدی را شکل می‌دهد.

حالا برویم سراغ اصل موضوع: مواد دو بعدی تنها در فاز جامد مشاهده شده اند، چرا که حرکات گرمایی اتم ها در حالت های سیال، به راحتی،این غشاهای نازک و شکننده را می شکنند. بنابراین وجود سیال مسطح نازک و دوبعدی، غیرممکن به نظر می رسید. اما حالا محققانی از مرکز علوم نانو در دانشگاه یووسکوله فنلاند، در شبیه سازی های کامپیوتری خود، فاز سیال دوبعدی را پیش بینی کرده اند. این فاز سیال در جزایر نازک اتم های طلا وجود دارد که منافذ کوچک درون گرافن را پر می کند. این شبیه سازی ها نشان می دهد اتم های طلا، درون گرافن جریان می یابند و مکان هایی در صفحه را تغییر می دهند، در حالیکه شکل گرافن های محیط، مسطح بودن غشای سیال را حفظ می کند. اینجا نقش گرافن، شبیه به حلقه های دایره ای اطراف حباب های صابون است. حالت سیال، زمانی ممکن است که لبه ی منفذ گرافن، غشای فلزی را بکشد و آن را محکم نگه دارد.

این فاز سیال با شبیه سازهای کامپیوتری و با استفاده از مدل های مکانیک کوانتومی و نانوساختارهایی با ده ها یا صدها اتم طلا، پیش بینی شده است. این پیش بینی اخیراً در ژونال Nanoscale چاپ شد. در حال حاضر، این حالت سیال تنها در کامپیوترها وجود دارد و هنوز منتظر تایید تجربی و آزمایشگاهی است. متاسفانه شبیه سازی ها پیشنهاد می دهند که این سیال مسطح، فرار است. در آزمایش ها، غشای سیال ممکن است خیلی زود از بین رود، مثل حباب صابونی که بسرعت می ترکد. اما قبلاً هم کسی فکر نمی کرد گرافن بتواند پایدار باشد، پس باید به پایداری این فاز سیال امیدوار باشیم و منتظر آینده…

نظر شما در مورد این حالت جدید چیست؟ آیا در آینده ی نزدیک شاهد تولد آن در دنیای واقعی خواهیم بود؟

دوستان عزیز برای عضویت در خبرنامه ی ایمیلی دیپ لوک، کافیست ایمیل خود را در فیلد زیر وارد کنید.

[wysija_form id=”1″]