[Zohreh Gholami]

مدارهاي گرافيني و دستگاه‌هاي بي‌سيم

پيش‌تر و در زمان ورود نخستين موبايل‌ها به بازار در هر مكان و هر فاصله‌اي امكان ارتباط با اين دستگاه تلفن بي‌سيم مقدور نبود و كاربران اين دستگاه مجبور بودند در فضاهاي خاصي به گفت‌وگو با افراد ديگر از طريق تلفن همراه بپردازند. اما با پيشرفت تكنولوژي به‌ويژه در عرصه ساخت آنتن‌هاي تلفن همراه امكان برقراري ارتباط با موبايل در مكان‌هاي بيشتري مقدور شد.

البته اين هنوز كافي نبود چرا كه همچنان در برخي از فضاها به‌ويژه فضاهايي كه موانع طبيعي و غيرطبيعي در آن قرار دارد امكان ارتباط از طريق تلفن همراه مقدور نيست. اكنون دانشمندان توانسته‌اند با اتكا به تكنولوژي نانو و با كمك ماده‌اي به اسم گرافين مدار يكپارچه‌اي ايجاد كنند كه بتوان از طريق آن در هر مكاني با موبايل ارتباط برقرار كرد.

در اين مطلب به تحقيقات دانشمندان در اين ارتباط و ساخت مدارهاي مجمع گرافيني براي دستگاه‌هاي بي‌سيم اشاره خواهد شد.
دانشمندان بخش تحقيقات آي‌بي‌ام اعلام كرده‌اند كه به نقطه عطفي در توليد يك بلوك ساختماني براي دستگاه‌هاي بي‌سيمي كه در آينده راهي بازار خواهند شد دست‌يافته‌اند. در مقاله منتشر شده در مجله علوم، محققان آي‌بي‌ام براي نخستين بار اعلام كرده‌اند كه مدار يكپارچه‌اي از گرافين در اندازه يك بيسكوئيت ويفر ساخته‌اند. آنها همچنين ميكسر فركانس پهناي باند را كه قادر به فعاليت با فركانس تا 10 گيگاهرتز است، به نمايش درآوردند (10ميليارد سيكل در ثانيه).

اين گرافين آنالوگ مبتني بر مدارات مجتمع كه براي ارتباطات بي‌سيم طراحي شده است، مي‌تواند دستگاه‌هاي بي‌سيم امروزي را ارتقا دهد. در فركانس‌هاي متداول امروز، مانند تلفن همراه سيگنال‌هاي فرستنده و گيرنده بهبود يافته است، اين گرافين به‌طور بالقوه اجازه مي‌دهد تلفن‌هاي همراه در مكان‌هايي با فركانس‌هاي بالا قادر به آنتن‌دهي باشند كه تا به امروز نبودند. امروزه، پرسنل نظامي و پزشكي مي‌توانند با استفاده از اين فركانس‌هاي بالا سلاح‌هاي مخفي را مشاهده كنند و يا تصويربرداري پزشكي را بدون خطرپرتوهاي اشعه ايكس انجام دهند.

اين گرافين از طريق جداسازي گرمايي سيليكون از قرص‌هاي كاربيد سيليكون توسط محققان به دست آمده است. محققان ضمن تحقيقات خود براي ساخت گرافين آنالوگ لايه‌هاي گرافيني يك‌شكلي را روي سطح كاربيد سيليكوني ايجاد كردند. سپس، با استفاده از ليتوگرافي پرتو الكتروني، يك كانال ترانزيستوري را تعريف كردند و گرافين را با يك پلاسماي اكسيژن به خارج از مناطق كانال حركت دادند.در پايان، يك لايه نازك 120 نانومتري از دي اكسيد سيليكون كه از تبخير پرتو الكتروني رسوب كرده بود براي جدا كردن حلقه‌هاي القاگر از اتصالات زيرلايه فلزي مورد استفاده قرار گرفت.توان حداكثري مخلوط كردن بسامدهاي راديويي در اين مدار مجتمع، 10 گيگاهرتز است درحالي‌كه ثبات گرمايي مدار حداكثر به 125 درجه سانتي‌گراد مي‌رسد. محققان در اين باره توضيح دادند: اين يك مدار واقعاً كاربردي است كه براي مثال مي‌تواند در يك تلفن همراه هوشمند به كار رود. به خاطر اين يكپارچه‌سازي‌، كل مدار مي‌تواند بسيار كوچك باشد. اين نمونه مداري كه ما ساختيم كمتر از يك ميلي‌متر مربع مساحت دارد.


گرافين چيست؟
گرافين نام يكي از آلوتروپ‌هاي كربن است. در گرافيت (يكي ديگر از آلوتروپ‌هاي كربن)، هر كدام از اتم‌هاي چهارظرفيتي كربن، با سه پيوند كووالانسي به سه اتم كربن ديگر متصل شده‌اند و يك شبكه گسترده را تشكيل داده‌اند. اين لايه خود روي لايه‌اي كاملا مشابه قرارگرفته‌است ، اما پيوند ميان لايه ها، از نوع پيوند واندروالسي است كه پيوندي ضعيف است. به همين دليل لايه‌هاي گرافيت به راحتي روي هم سر مي‌خورند و مي‌توانند در نوك مداد به كار بروند. گرافين ماده‌اي است كه در آن تنها يكي از اين لايه‌هاي گرافيت وجود دارد و به عبارتي ديگر گرافين يك ماده بلوري دو بعدي از اتم‌هاي كربن است.

در اين ماده الكترون‌ها مي‌توانند به‌صورت مجازي 100برابر سريع‌تر از الكترون‌هاي حاضر در سيليكون حركت كنند به همين علت به‌طور بالقوه گرافين مي‌تواند كاربردهاي زيادي در صنايع الكترونيك داشته باشد.هر چند نخستين بار در سال ۱۹۴۷ فيليپ والاس درباره گرافين نوشت و پس از آن زمان تلاش‌هاي زيادي براي ساخت آن صورت گرفته بود اما قضيه‌اي به نام قضيه مرمين-واگنر در مكانيك آماري و نظريه ميدان‌هاي كوانتومي وجود داشت كه ساخت يك ماده دوبعدي را غيرممكن و چنين ماده‌اي را غيرپايدار مي‌دانست. اما به هر حال در سال ۲۰۰۴، آندره جلم و كنستانتين نووزلوف، از دانشگاه منچستر موفق به ساخت اين ماده شده و نشان دادند كه قضيه مرمين-واگنر نمي‌تواند كاملاً درست باشد. جايزه نوبل فيزيك ۲۰۱۰ نيز به خاطر ساخت ماده‌اي دوبعدي به اين‌دو دانشمند تعلق گرفت.


ساير توليدات گرافيني
اين حقيقت كه شيمي‌دانان به سختي مي‌توانند جايگزيني براي گرافين پيدا كنند، سبب شده كه اين ماده داراي كاربردهاي فراواني در نانوالكترونيك، پيل‌هاي خورشيدي و ابزارهاي ذخيره انرژي مثل باتري‌‌‌ها و ابرخازن‌ها باشد.


گرافين اَبَرماده آينده
با كشف گرافين به‌عنوان يك ابرماده جديد، پيش‌بيني مي‌شود كه بسياري از كارخانه‌هاي سازنده رايانه، لوح‌هاي فشرده، تلويزيون و مانيتور و حتي تلفن همراه به سمت استفاده از اين ماده تازه در توليدات خود روي بياورند.اين ماده كه به نوعي زندگي را تغيير مي‌دهد، نوعي كربن چندشكلي است كه ساختار دوبعدي دارد و ضخامتش به اندازه يك اتم است اما با وجود اندازه كوچك، مقاوم‌ترين ماده در آزمايش بوده؛ به‌طوري كه 200 برابر از استيل قوي‌تر است و سبك‌ترين ماده‌ شناخته شده، بهترين رساناي طبيعي و با قابليت انعطاف‌پذيري بالاست.

پيش‌بيني مي‌شود كه گرافين به‌عنوان ماده اصلي در همه دستگاه‌هاي الكترونيك، جاي سيليكون را خواهد گرفت. در سال 2009 اتحاديه اروپا اعلام كردكه بايد كارهاي بيشتري براي تقويت تحقيقات در فناوري‌هاي آينده و نوظهور صورت گيرد؛ پس بي‌درنگ يك سري تحقيقات اوليه گسترده‌ به نام پروژه‌‎هاي FET را آغاز كرد. در چهارم ماه مه 2011، برنامه گرافين در بوداپست با شركت NRC معرفي و آغاز شد. روي آوردن نوكيا به‌عنوان يكي از بزرگ‌ترين سازندگان تلفن همراه در جهان به سمت استفاده از اين ماده مي‌تواند آينده صنعت ديجيتال را تغيير دهد. اين شركت با كمك 9 دانشمندكه 4 تاي آنها برنده جايزه نوبل هستند اين پروژه را انجام مي‌دهد. دكتر آندره جِلم، دكتر كنستانتين نووزلوف، دكتر كي.وون كليتزينگ و دكتراِي.

فِرت هيات مشاورين اين فعاليت هستند.به جز اين برندگان جايزه نوبل، نهادهاي علمي وكارشناسان ارشد اروپايي در زمينه گرافين با اين پروژه همكاري مي‌كنند: دانشگاه فناوري چالمرز، دانشگاه منچستر، دانشگاه لانكاستر، دانشگاه كمبريج، دانشگاه AMO آلمان، مؤسسه نانوتكنولوژي كاتالان، انجمن تحقيقات ايتاليا و سازمان علوم اروپا. همه اينها به اين معني است كه افراد بسياري در انتظار اين هستند كه پروژه گرافين به واقعيت بپيوندد. اما چرا اين فناوري اينقدر مهم است؟ با عملي شدن اين پروژه، گوشي‌هاي قابل‌انعطاف مانند خمير به واقعيت تبديل مي‌شوند. به اين معني كه مواد سازنده مي‌توانند بسيار باريك باشند و مي‌توانند با دست به هر شكلي درآيند. جايي كه محدوديت‌هاي اندازه وجود دارد، تلفن همراهي را تصور كنيد كه به جيب شما وصل شده است. موضوع اين فناوري فقط براي گوشي‌هاي موبايل نيست، اين فناوري در ابعاد وسيع‌تر كاربرد دارد. با استفاده از اين فناوري تلويزيون شما ممكن است از لحاظ تئوري مانند توپ پارچه باز شود و به ديوار اتاقتان مانند كاغذ ديواري بچسبد.

جعبه متن

منبع: همشهري