کنترل جریان الکتریسیته با پیچاندن کریستال‌ های بسیار کوچک توسط دانشمندان

به گزارش گروه ترجمه رکنا به نقل از ساینس دیلی، الکترونیکی که با اشکال پیچیده سه‌بعدی ساخته شود، می‌تواند کوچک‌تر، کارآمدتر و قدرتمندتر از دستگاه‌های تخت امروزی باشد. با وجود این ظرفیت، پژوهشگران تاکنون روش‌های محدودی برای ایجاد چنین ساختارهایی در اختیار داشته‌اند. روش‌های ساخت موجود اغلب مواد قابل استفاده را محدود می‌کنند و ممکن است کیفیت دستگاه نهایی را کاهش دهند.

برش دقیق با پرتو یونی متمرکز

در مطالعه جدید که در نشریه Nature Nanotechnology منتشر شده است، پژوهشگران با استفاده از یک پرتو یونی متمرکز که قادر به برش با دقت زیر میکرونی است، این چالش‌ها را برطرف کردند. این سطح از کنترل، در اصل، امکان ساخت دستگاه‌های سه‌بعدی از تقریباً هر ماده بلوری را فراهم می‌کند. این فرآیند شبیه به مجسمه‌سازی است، جایی که ماده به‌دقت از یک بلوک جامد حذف می‌شود تا شکل مورد نظر حاصل شود.

برای نشان دادن قابلیت‌های این روش، تیم پژوهشی نانو‌دستگاه‌های مارپیچی را از بلور مغناطیسی Co3Sn2S2 ساختند. بر اساس ویژگی‌های شناخته‌شده این ماده، آن‌ها انتظار داشتند هندسه پیچ‌خورده موجب ایجاد یک اثر ویژه دیودی به نام انتقال الکتریکی غیرمتقارن شود که توسط شکل کایرال در مقیاس نانو هدایت می‌شود. آزمایش‌ها این پیش‌بینی را تأیید کرد. جریان الکتریکی در یک جهت آسان‌تر جریان یافت و این اثر با تغییر مغناطیس‌سازی یا تغییر جهت مارپیچ قابل معکوس شدن بود. پژوهشگران همچنین تعامل معکوس را مشاهده کردند، به‌گونه‌ای که پالس‌های الکتریکی قوی می‌توانستند مغناطیس‌سازی ساختار را تغییر دهند. دیودها اجزای اساسی در الکترونیک مدرن هستند و در تبدیل AC/DC، پردازش سیگنال و دستگاه‌های LED کاربرد دارند.

چگونگی تأثیر شکل بر حرکت الکترون‌ها

با مقایسه مارپیچ‌هایی با اندازه‌های مختلف و اندازه‌گیری رفتار آن‌ها در دماهای گوناگون، پژوهشگران اثر دیودی را به پراکندگی نامتقارن الکترون‌ها در امتداد دیواره‌های خمیده و کایرال دستگاه‌ها نسبت دادند. این یافته‌ها نشان می‌دهد که شکل فیزیکی یک مؤلفه می‌تواند به طور مستقیم بر نحوه حرکت الکتریسیته در آن تأثیر بگذارد. نتایج حاکی از آن است که خود هندسه می‌تواند به عنوان ابزاری طراحی مورد استفاده قرار گیرد و امکان ایجاد مؤلفه‌های کم‌مصرف و مهندسی‌شده بر اساس شکل را برای فناوری‌های آینده حافظه، منطق و حسگر فراهم کند.

مکس بیرچ، نویسنده اول این مطالعه، گفت: «با در نظر گرفتن هندسه به عنوان منبعی برای شکست تقارن در کنار ویژگی‌های ذاتی مواد، می‌توانیم عدم تقارن الکتریکی را در سطح دستگاه مهندسی کنیم. روش جدید نانومجسمه‌سازی با پرتو یونی متمرکز که توسعه داده‌ایم، دامنه گسترده‌ای از مطالعات را درباره چگونگی استفاده از هندسه‌های سه‌بعدی و خمیده دستگاه‌ها برای تحقق کارکردهای الکترونیکی جدید فراهم می‌کند.»

یوشینوری توکورا، سرپرست گروه پژوهشی، افزود: «به طور گسترده‌تر، این رویکرد امکان طراحی دستگاه‌هایی را فراهم می‌کند که حالت‌های الکترونیکی توپولوژیک یا به‌شدت هم‌بسته را با انحنای مهندسی‌شده در رژیم انتقال بالستیک یا هیدرودینامیکی ترکیب می‌کنند. همگرایی فیزیک مواد و نانوساخت، به معماری‌های عملکردی دستگاه‌ها اشاره دارد که می‌تواند بر فناوری‌های حافظه، منطق و حسگر تأثیرگذار باشد.»