ملخصات الأبحاث

هندسة نطاق طوبولوجية لشرائط الجرافين النانوية

.D. Rizzo et al
  • Published online:

العوازل الطوبولوجية هي فئة ناشئة من المواد التي تحتوي على حالات شديدة القوة للسطوح داخل الفجوات، أو السطوح البينية، مع احتفاظها بكتلة عازلة. وقد ركّز معظم التطورات في هذا المجال على العوازل الطوبولوجية، والعوازل البلورية الطوبولوجية ذات الصلة في بُعْدين وثلاثة أبعاد، لكن إحدى الدراسات النظرية الحديثة تنبأت بوجود أطوار طوبولوجية أحادية البُعد، محمية بالتماثل في شرائط الجرافين النانوية. ويتحدد الطور الطوبولوجي لهذه الشرائط المحصورة جانبيًّاً وشبه الموصلة من الجرافين وفقًا لعرضها، وشكل حوافها، وخلية الوحدة البلورية المنتهية إليها، كما يتميز بثابت 2Z (وهو مؤشر له إحدى القيمتين (0، أو 1)، اللتين تشيران إلى فئتين من الفئات الطوبولوجية، على غرار الأنظمة السوليتونية ذات الأبعاد شبه الأحادية). تنبأت الدراسة أيضًا بأن السطوح البينية بين شرائط الجرافين النانوية المميزة طوبولوجيًّا، التي تتصف بثوابت 2Z مختلفة، تدعم حالات إلكترونية نصف ممتلئة متموضعة داخل الفجوات، يمكن - من حيث المبدأ - استخدامها كأداة في هندسة المواد.

يقدِّم الباحثون، في البحث المنشور، التصميم المتوازن والتنفيذ التجريبي لشبكة شرائط جرافين نانوية فائقة، مصمَّمة طوبولوجيًّا، تحتوي على مصفوفة أحادية البُعد من هذه الحالات الإلكترونية المتموضعة، وبالتالي تنتِج بنى إلكترونية، يتعذر الوصول إليها في أي حالة أخرى. وتتيح هذه الاستراتيجية أيضًا تصميم حالات نهائية جديدة مباشرةً في نهايات شبكة شرائط الجرافين النانوية الفائقة أحادية البُعد. وقد تم تصنيع شبكات شرائط جرافين نانوية فائقة دقيقة ذريًّا من سلائف جزيئية على سطح ذهبي، (Au(111، في ظروف تفريغ فائقة، واتسمت بفحص مجهري ومطيافي نفقي ماسح منخفض الحرارة.

تَكشِف نتائج الباحثين التجريبية وحسابات المبادئ الأولى التي أجروها عن أن بِنْية نطاق حدود هذه الشبكات الفائقة من شرائط الجرافين النانوية يحددها - بشكل بحت - الاقتران بين حالات السطوح البينية الطوبولوجية المتجاورة. ويقدم هذا الإيضاح لأطوار طوبولوجية أحادية الُبُعد غير بسيطة مسارًا لهندسة النطاق في المواد أحادية البُعد، يَعتمِد على التحكم الدقيق في طوبولوجيتها الإلكترونية، وهو مجال واعد لدراسات فيزياء الغزل الكَمِّي أحادي البُعد.