تأثیر گرافن تازه کشف شده بر محاسبات نورومورفیک
تأثیر گرافن تازه کشف شده بر محاسبات نورومورفیک
محققان و همکاران موسسه فناوری ماساچوست (MIT) با استفاده از گرافن و نیترید بور نتایج جالب توجهی به دست آورده‌اند که در حوزه محاسبات کوانتومی و نرومورفیک قابل استفاده است.
محققان و همکاران موسسه فناوری ماساچوست (MIT) یک خاصیت الکترونیکی مهم و غیرمنتظره گرافن را کشف کرده‌اند، ماده‌ای که با فیزیک جالب توجه خود دانشمندان را شگفت زده میکند و می‌تواند الگوی جدید و سریع‌تر پردازش اطلاعات را به همراه داشته باشد. یک کاربرد بالقوه آن استفاده در محاسبات نورومورفیک است که هدف آن همانندسازی سلول‌های عصبی در بدن است که مسئول همه چیز، از رفتار تا خاطرات هستند. این کار همچنین فیزیک جدیدی را معرفی میکند که محققان از کشف آن هیجان زده‌اند.
پابلو جاریلو هررو سرپرست این پروژه می‌گوید: "ساختارهای ناهموار مبتنی بر گرافن همچنان شگفتی‌های جذابی را ایجاد می‌كنند. مشاهده ما از فروالكتریكی غیر متعارف در این سیستم ساده و فوق العاده نازك، بسیاری از فرضیات رایج در مورد سیستم‌های فروالكتریك را به چالش می‌كشد و این می‌تواند راه را برای نسل كامل مواد فروالكتریك جدید هموار سازد."
گرافن از یک لایه اتم کربن تشکیل شده است که در شش ضلعی شبیه به ساختار لانه زنبوری قرار گرفته است. از زمان کشف این ماده، دانشمندان نشان داده‌اند که پیکربندی‌های مختلف لایه‌های گرافن می‌تواند باعث ایجاد انواع مختلفی از خواص مهم شود. سازه‌های مبتنی بر گرافن می‌توانند ابررسانا باشند و جریان الکتریکی را بدون مقاومت هدایت کنند و یا عایق‌هایی باشند که از حرکت جریان الکتریکی جلوگیری می‌کنند.
در کار فعلی، که در ماه دسامبر گذشته در Nature گزارش شد، محققان و همکاران MIT نشان دادند که گرافن دو لایه نیز می‌تواند فرو الکتریک باشد. این بدان معنی است که بارهای مثبت و منفی موجود در این ماده می‌توانند خود به خود از لایه‌های مختلف جدا شوند. در بیشتر مواد، بارهای مخالف به یکدیگر جذب می‌شوند و می‌خواهند ترکیب شوند. فقط استفاده از یک میدان الکتریکی آنها را مجبور میکند که به دو طرف مخالف یا دو قطب متفاوت کشیده شوند.
در یک ماده فروالکتریک، هیچ میدان الکتریکی خارجی برای جدا نگه داشتن بارها و ایجاد قطبی شدن خود به خودی لازم نیست. با این حال، استفاده از یک میدان الکتریکی خارجی تأثیرگذار است. یک میدان الکتریکی در جهت مخالف باعث جابجایی بارها در دو طرف و تغییر قطبی می‌شود. به همین دلیل، از مواد فروالکتریک در سیستم‌های الکترونیکی مختلفی استفاده می‌شود، از سونوگرافی پزشکی گرفته تا کارت‌های شناسایی فرکانس رادیویی (RFID).
فروالکتریک‌های معمولی عایق هستند. فروالکتریک تیم تحت هدایت MIT که بر پایه گرافن است از طریق مکانیزم کاملاً متفاوتی - فیزیک متفاوت - عمل میکند که به آن امکان هدایت الکتریسیته را می‌دهد و این باعث می‌شود کاربردهای بی‌شماری ایجاد شود. ژیرن (آیزاک) ژنگ، از نویسندگان این مقاله می‌گوید: "آنچه ما در اینجا یافتیم نوع جدیدی از مواد فروالکتریک است."
Qiong Ma ، یکی از نویسندگان مقاله می‌گوید: "چالش‌هایی در رابطه با فروالکتریک‌های معمولی وجود دارد که مردم برای غلبه بر آنها تلاش کرده‌اند. به عنوان مثال، با ادامه کوچک سازی دستگاه، فاز فروالکتریک ناپایدار می‌شود. با استفاده از مواد ما، برخی از این چالش‌ها ممکن است به طور خودکار حل شوند."
ساختاری که این تیم ایجاد کرده است از دو لایه گرافن تشکیل شده است که بین لایه‌های نازک اتمی نیترید بور (BN) در بالا و پایین قرار گرفته است. هر لایه BN با زاویه کمی متفاوت از لایه دیگر است. با نگاهی از بالا، نتیجه یک الگوی منحصر به فرد است که به آن الگوی مویر گفته می شود. ژنگ می گوید الگوی مویر به نوبه خود می‌تواند خصوصیات ماده را به طرز چشمگیری تغییر دهد.
این گروه تحقیقاتی کار شبیه به این را در سال 2018 نشان دادند. در آن پروژه، محققان دو لایه گرافن را روی هم قرار دادند. اما این لایه‌ها دقیقاً روی هم نبودند. بلکه یکی با "زاویه جادویی" 1.1 درجه چرخانده شد. ساختار حاصل الگوی مویری ایجاد کرد که به نوبه خود به گرافن اجازه می‌دهد تا یک ابررسانا باشد یا یک عایق باشد که این بسته به تعداد الکترون‌های سیستم دارد. اساساً این تیم قادر به تنظیم گرافن برای ارائه رفتارهای متفاوت الکتریکی است.
در کار فعلی، محققان الگوی مویر را با ورق‌های گرافن و نیترید بور ایجاد کردند که منجر به شکل جدیدی از فروالکتریک شده است. هدف محققان نه تنها نشان دادن پتانسیل این مواد جدید برای انواع کاربردها است، بلکه با درک بهتر از فیزیک این فناوری، قصد دارند تا این فناوری را توسعه دهند.
پابلو جاریلو هررو سرپرست این پروژه می‌گوید: "ساختارهای ناهموار مبتنی بر گرافن همچنان شگفتی‌های جذابی را ایجاد می‌كنند. مشاهده ما از فروالكتریكی غیر متعارف در این سیستم ساده و فوق العاده نازك، بسیاری از فرضیات رایج در مورد سیستم‌های فروالكتریك را به چالش می‌كشد و این می‌تواند راه را برای نسل كامل مواد فروالكتریك جدید هموار سازد."
گرافن از یک لایه اتم کربن تشکیل شده است که در شش ضلعی شبیه به ساختار لانه زنبوری قرار گرفته است. از زمان کشف این ماده، دانشمندان نشان داده‌اند که پیکربندی‌های مختلف لایه‌های گرافن می‌تواند باعث ایجاد انواع مختلفی از خواص مهم شود. سازه‌های مبتنی بر گرافن می‌توانند ابررسانا باشند و جریان الکتریکی را بدون مقاومت هدایت کنند و یا عایق‌هایی باشند که از حرکت جریان الکتریکی جلوگیری می‌کنند.
در کار فعلی، که در ماه دسامبر گذشته در Nature گزارش شد، محققان و همکاران MIT نشان دادند که گرافن دو لایه نیز می‌تواند فرو الکتریک باشد. این بدان معنی است که بارهای مثبت و منفی موجود در این ماده می‌توانند خود به خود از لایه‌های مختلف جدا شوند. در بیشتر مواد، بارهای مخالف به یکدیگر جذب می‌شوند و می‌خواهند ترکیب شوند. فقط استفاده از یک میدان الکتریکی آنها را مجبور میکند که به دو طرف مخالف یا دو قطب متفاوت کشیده شوند.
در یک ماده فروالکتریک، هیچ میدان الکتریکی خارجی برای جدا نگه داشتن بارها و ایجاد قطبی شدن خود به خودی لازم نیست. با این حال، استفاده از یک میدان الکتریکی خارجی تأثیرگذار است. یک میدان الکتریکی در جهت مخالف باعث جابجایی بارها در دو طرف و تغییر قطبی می‌شود. به همین دلیل، از مواد فروالکتریک در سیستم‌های الکترونیکی مختلفی استفاده می‌شود، از سونوگرافی پزشکی گرفته تا کارت‌های شناسایی فرکانس رادیویی (RFID).
فروالکتریک‌های معمولی عایق هستند. فروالکتریک تیم تحت هدایت MIT که بر پایه گرافن است از طریق مکانیزم کاملاً متفاوتی - فیزیک متفاوت - عمل میکند که به آن امکان هدایت الکتریسیته را می‌دهد و این باعث می‌شود کاربردهای بی‌شماری ایجاد شود. ژیرن (آیزاک) ژنگ، از نویسندگان این مقاله می‌گوید: "آنچه ما در اینجا یافتیم نوع جدیدی از مواد فروالکتریک است."
Qiong Ma ، یکی از نویسندگان مقاله می‌گوید: "چالش‌هایی در رابطه با فروالکتریک‌های معمولی وجود دارد که مردم برای غلبه بر آنها تلاش کرده‌اند. به عنوان مثال، با ادامه کوچک سازی دستگاه، فاز فروالکتریک ناپایدار می‌شود. با استفاده از مواد ما، برخی از این چالش‌ها ممکن است به طور خودکار حل شوند."
ساختاری که این تیم ایجاد کرده است از دو لایه گرافن تشکیل شده است که بین لایه‌های نازک اتمی نیترید بور (BN) در بالا و پایین قرار گرفته است. هر لایه BN با زاویه کمی متفاوت از لایه دیگر است. با نگاهی از بالا، نتیجه یک الگوی منحصر به فرد است که به آن الگوی مویر گفته می شود. ژنگ می گوید الگوی مویر به نوبه خود می‌تواند خصوصیات ماده را به طرز چشمگیری تغییر دهد.
این گروه تحقیقاتی کار شبیه به این را در سال 2018 نشان دادند. در آن پروژه، محققان دو لایه گرافن را روی هم قرار دادند. اما این لایه‌ها دقیقاً روی هم نبودند. بلکه یکی با "زاویه جادویی" 1.1 درجه چرخانده شد. ساختار حاصل الگوی مویری ایجاد کرد که به نوبه خود به گرافن اجازه می‌دهد تا یک ابررسانا باشد یا یک عایق باشد که این بسته به تعداد الکترون‌های سیستم دارد. اساساً این تیم قادر به تنظیم گرافن برای ارائه رفتارهای متفاوت الکتریکی است.
در کار فعلی، محققان الگوی مویر را با ورق‌های گرافن و نیترید بور ایجاد کردند که منجر به شکل جدیدی از فروالکتریک شده است. هدف محققان نه تنها نشان دادن پتانسیل این مواد جدید برای انواع کاربردها است، بلکه با درک بهتر از فیزیک این فناوری، قصد دارند تا این فناوری را توسعه دهند.
منبع:
https://phys.org
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
لطفا با اشتراک گذاری نظرات خود، ما را در توسعه این بخش از سایت یاری کنید.
حیدری
۱۴۰۰/۰۱/۱۲دنیای گرافن عالی هست