طراحی کوچکترین لامپ روشنایی دنیا با گرافن! لامپی به ضخامت یک اتم!!

باز هم گرافن! این ماده، آنقدر جالب است و خواص عجیب و غریبی دارد که هر روز شاهد پیشرفت تازه ای با استفاده از آن هستیم. اینبار دانشمندان با این ماده، کوچکترین لامپ را طراحی کرده اند. با دیپ لوک همراه باشید…

دیروز تیمی از دانشگاه کلمبیا، دانشگاه ملی سئول و مرکز تحقیقات کره گزارش دادند که برای نخستین بار توانسته اند با استفاده از گرافن، منبع نوری قابل مشاهده ای را روی یک تراشه (چیپ) طراحی کنند. (گرافن را نمی شناسید؟ این مقاله را مطالعه کنید: شبیه سازی های کامپیوتری، حالت جدیدی از ماده ی دوبعدی را پیش بینی کردند! ) آنها رشته نوارهای کوچک گرافن را به الکترودهای فلزی متصل کردند. این نوارها بالای سوبسترا معلق بودند و برای گرم کردنشان، یک جریان الکتریکی از آنها عبورداده شد. مقاله ی این پژوهش تحت عنوان “تابش نور مرئی از گرافن” و در ژورنال Nature Nanotechnology منتشر شد.

نویسندگان این مقاله می گویند: “چیزی که ما ساخته ایم، کوچکترین لامپ نوری جهان است. این مدل جدید تابشگر نوری می تواند داخل چیپ ها قرار داده شود و بنابراین راه را برای رسیدن به نمایشگرهای نازک، منعطف و شفاف و ارتباطات نوری مبتنی بر چیپ گرافنی باز کند.”

طراحی کوچکترین لامپ روشنایی دنیا با گرافن! لامپی به ضخامت یک اتم!

ایجاد نور در ساختارهای کوچک سطح یک چیپ برای توسعه ی مدارهای فوتونیکی که با نور کار می کنند، ضروری است. محققان روش های بسیاری را برای انجام این کار، آزمایش کرده اند، اما تاکنون نتوانسته بودند قدیمی ترین و ساده ترین منبع نوری مصنوعی (یعنی لامپ رشته ای) را روی یک چیپ بگذارند. البته چالش هایی وجود داشت: رشته های لامپ نوری برای درخشیدن در محدوده ی مرئی، باید تا دمای هزاران درجه ی سلسیوس گرم شوند. اما سیم های فلزی در مقیاس نانو نمی توانند چنین دمایی را تحمل کنند، به علاوه این گرما از رشته های داغ به محیط اطراف نفوذ می کند و در نتیجه چنین ساختارهایی، غیرعملی بوده و منجر به آسیب دیدن چیپ های اطراف می شوند.

اما حالا محققان با اندازه گیری طیف نور تابش شده از گرافن نشان دادند که این ماده می تواند به دماهای بالای ۲۵۰۰ درجه ی سانتیگراد رسیده و به اندازه ی کافی گرم شود تا نورانی شده و بدرخشد. نور ساطع شده از این گرافن نازک، کاملاً شدید است به طوری که حتی با چشم غیرمسلح و بدون هیچ گونه بزرگنمایی اضافه ای هم قابل رویت است.

در طیف نور تابش شده، پیک هایی در طول موج های خاص وجود داشت که محققان دریافتند به علت تداخل بین نور تابش شده از گرافن و نور منعکس شده از سوبسترای سیلیکونی است و از طریق گرافن به عقب بازمی گردد. این تداخل فقط با گرافن ممکن است، چون گرافن شفاف است و برخلاف رشته های مرسوم دیگر، به ما اجازه می دهد تا طیف تابشی را با تغییر فاصله ی سوبسترا تنظیم کنیم. توانایی گرافن برای رسیدن به چنین دمای بالایی و بدون ذوب شدن سوبسترا یا الکترودهای فلزی، ناشی از ویژگی جالب دیگر آن است: زمانیکه گرافن، گرم می شود، قابلیت رسانندگی گرمایی آن، ضعیف تر می شود، یعنی در دماهای بالا، گرما در یک نقطه ی داغ در مرکز محبوس می شود. در بالاترین دماها، دمای الکترون، بالاتر از حالت های ارتعاشی آگوستیک شبکه ی گرافن می رود، بنابراین برای رسیدن به دماهای لازم برای تابش نور مرئی، انرژی کمتری نیاز است! این ویژگی های منحصربفرد گرمایی به دانشمندان اجازه می دهد تا دمای گرافن معلق را به نصف دمای خورشید برسانند!! و بهره وری را در مقایسه با یک سوبسترای جامد، تا ۱۰۰۰ برابر افزایش دهند.

بازگشت به توماس ادیسون علیه الرحمه!

خیلی از ما تنها وقتی برق قطع می شود، به بزرگی کار ادیسون پی می بریم و فاتحه ای را نثار روح پر فتوحش می کنیم! اما جالب است بدانید که ادیسون هم برای یک رشته ی لامپش از کربن استفاده کرد و بنابراین ما باز هم به همان عنصر ادیسون بازگشته ایم، اما با یک تفاوت بزرگ: در این پژوهش دانشمندان کربن را به شکل خالصش، یعنی گرافن و کوچکترین اندازه ی ممکنش، یعنی با ضخامت یک اتم(!) استفاده کردند.

در حال حاضر دانشمندان به دنبال یافتن ویژگی های جالب تر این دستگاه ها هستند، مثلاً اینکه چگونه می توان این لامپ را خاموش یا روشن کرد و با اینکار بیت های دیجیتالی را به آن مرتبط کرد. این قابلیت در ارتباطات نوری بسیار کارآمد خواهد بود. محققان می گویند: “ما در آغاز راه کاربردهای دیگر این ساختارها هستیم، برای مثال می توانیم از این ساختارها به عنوان صفحات داغی که می توانند در کسری از ثانیه تا هزاران درجه گرم شده و برای مطالعه ی واکنش ها و کاتالیزهای دمای بالا استفاده کرد.”

منبع: phys.org

برای دریافت تازه ترین مقالات دیپ لوک، کافیست ایمیل خود را در زیر وارد کنید: [wysija_form id=”1″]