نانوسيم‌ها
۱۳۸۵ آبان ۲۰, شنبه
پژوهشگران مركز يوليش در آلمان در حال تهيه نوع خاصى از اين سيم‌ها هستند كه ضخامت آنها از ضخامت سيم‌هاى بسيار ظريف موجود در بازار هم كمتر است. سيم‌هاى كه فقط چند نانومتر قطر دارند.
البته اين نوع سيم در اصل يك رشته سيمى به هم پيوسته نيست بلكه مثل زنجيرهاى است كه حلقه‌هاى تشكيل دهنده آن تك اتم‌ها هستند. ضخامت اين زنجير به اندازه ضخامت اتم‌هاى تشكيل دهنده آن است. مثلأ زنجيرهاى از اتم‌هاى ژرمانيوم كه فلزى نيمه هادى و پر مصرف در صنعت ميكروالكترونيك است. اين نوع سيم در مقايسه با ضخامت موى انسان حدود دويست‌هزار مرتبه نازكتر است. البته مسلم است كه تصور اين ضخامت چندان ساده نيست.
برت فويگت‌لندا (Bert Voigtländer) يكى از كارشناسان مركز تحقيقاتى يوليش در آلمان اينطور توضيح مى‌دهد: ”اينجا يك دستگاه مخصوص تبخير داريم كه چيزى غير از يك فر نيست. درون اين فر فلزاتى مانند ژرمانيوم، در اين مورد كه ما روى آن كار مى‌كنيم، ذوب مى‌شوند. حرارت اينقدر بالاست كه اتم‌ها بخار مى‌شوند. بعد روى بسترى از جنس سيليسيوم نشست مى‌كنند و تشكيل كريستال مى‌دهند. وقتى به اين كريستالها نگاه كنيد مى‌بينيد كه با اضافه شدن اتم‌هاى جديد باترتيب خاصى رشد مى‌كنند. و اين همان نكته‌اى است كه ما از آن استفاده مى‌كنيم.“
مرحله تبخير در خلا صورت مى‌گيرد. قبل از شروع پروسه رشد و تشكيل كريستالها روى بستر سيليسيومى سطح رويى اين بستر طورى تراش داده مى‌شود كه مثل يك رديف راه‌پله كوچك به نظر مى‌رسد. روى اين پله‌ها اتم‌هاى ژرمانيوم نسشت مى‌كنند كه بعد از آنها سيم نانومترى تهيه مى‌شود. تهيه كريستال‌هاى ژرمانيوم نيازمند دقت و ظرافت كار بالايى است.
فويگت‌لندا اضافه مى‌كند:” نكته مهم طبيعتأ اينجاست كه اين سيم بايد از يك طرف تا حد ممكن نازك باشد از طرف ديگر مرتب و روى فرم. درجه حرارت و يا نوع دستگاه تبخير كننده پارامترهاى مهمى هستند. اگر حرارت كمتر از آنى باشد كه مورد نياز است سيم بدون فرم مى‌شود. ممكن است حتى يك يا دو اتم جا بيافتند كه رشته سوراخ يا پاره مى‌شود. اگر هم حرارت خيلى بالا باشد مواد اوليه تشكيل دهنده مثلأ اينجا سيليسوم و ژرمانيوم با هم تركيب مى‌شوند.“
آنچه كه او توضيح مى‌دهد را بايد تصور كرد، چون اين پروسه را با چشم نمى‌توان ديد. براى كنترل مراحل توليد از يك ميكروسكوپ مجهز استفاده مى‌شود. فاكتورهاى مورد نظر مانند ضخامت، پس از اندازه‌گيرى روى صفحه نمايش كامپيوتر مشخص مى‌شود. فويگت‌لندا: ”اگر بخواهيم ساده توضيح دهيم مى‌توان گفت اين ميكروسكوپ مثل عصاى نابينايى است كه سر آن بسيار بسيار ظريف و حساس است همين نوك حساس سطح سيم را لمس مى‌كند. البته ما ميكروسكپى طراحى كرده‌ايم كه دو سر دارد. از يك سرجريان الكتريكى وارد سيم مى‌كنيم و با سر ديگر جريان را درون سيم هدايت مى‌كنيم. اينطور رسانا بودن سيم را مى‌سنجيم. اعداد و واحدها اينجا خيلى خيلى كوچكند و تنها با دستگاه‌هاى نانومترى قابل اندازه‌گيرى هستند.“
نكته مهم اينجاست كه از چه نوع ماده اوليه بايد استفاده شود تا سيم ظرفيت هدايت مقدار مناسبى از جريان الكتريسيته را داشته باشد. از اين نانوسيم‌ها در ساخت چيپ‌هاى كامپيوترى استفاده خواهد شد در نتيجه زنجيره اتمى تشكيل دهنده سيم بايد هادى باشد. پژوهشگران در فكر آنند كه سيمى از جنس يك فلز كاملأ هادى تهيه كنند. فويگت‌لندا:” ژرمانيوم نيمه هادى است درست مثل سيليسيوم. اينجا ما مفتول واقعى و هادى الكتريسسيته نداريم. ما فقط يك سيم نيمه رسانا روى يك بستر نيمه رسانا تهيه كرده‌ايم. براى همين تلاش مى‌كنيم با استفاده از فلز ديگرى مانند نقره سيم فلزى هادى تهيه كنيم. ولى رشد كريستالى همه فلزات خوب پيش نمى‌رود. سيم نقره‌اى در انتها زنجيره اتمى نمى‌دهد به دليل اينكه كريستال‌هاى حاصل از نشست اتم‌هاى فلز نقره نامرتب تشكيل مى‌شوند. چنين چيزىاصلأ به درد نمى‌خورد.“
البته همه تلاش‌ها به بن بست ختم نمى‌شوند. مركز تحقيقاتى يوليش مبلغ قابل توجهى روى اين طرح سرمايه‌گذارى كرده است. پژوهشگران آلمانى مطمئن هستند كه طرحشان به نتيجه خواهد رسيد حتى اگر چند سال طول بكشد.