تستمر مادة الجرافين المميزة للغاية في مفاجأة وإبهار العلماء، ذلك بعد اكتشاف حالة إلكترونية نادرة تسمى (الوادي الحديدي)، التي تحدث عند تكديس الجرافين في مجموعات مؤلفة من خمس طبقات.
يقول باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) وجامعة هارفارد والمعهد الوطني لعلوم المواد في اليابان: «عند الوصول إلى هذه الحالة الجديدة، تُظهر كومة الجرافين سلوكًا مغناطيسيًا وإلكترونيًا غريبًا ورائعًا».
وفقًا للفريق قد يساعد استخدام الجرافين بهذه الطريقة في تطوير أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية والكمية، وقد يساعد على ابتكار حلول لتخزين البيانات، مع توفر سعات كبيرة واستهلاك كمية طاقة قليلة نسبيًا للتشغيل.
يقول الفيزيائي لونغ جو من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: «الجرافين مادة رائعة؛ كل طبقة تُضاف تمنحنا مادةً جديدةً، والآن نرى خاصية الوادي الحديدي، ونشهد خواص مغناطيسيةً غير تقليدية للمرة الأولى في خمس طبقات من الجرافين، لكننا لا نرى هذه الخاصية في طبقة واحدة أو اثنتين أو ثلاث أو أربع طبقات».
تُظهر المواد الحديدية نوعًا من التنظيم في خصائصها الكهربائية أو المغناطيسية أو الهيكلية مثل المغناطيس، الذي يحتوي على إلكترونات تدور جميعها في الاتجاه نفسه من دون أن تُوجّه بواسطة مجال مغناطيسي خارجي.
في المواد الأخرى، قد تصطف الإلكترونات بدلاً من ذلك على شكل دوامات صغيرة. ولكي تصنف مع المواد الحديدية المتعددة، يجب أن تظهر المادة نفسها أنواعًا متعددةً من السلوك المنظم.
بناءً على حساباتهم، اعتقد الباحثون أن الجرافين قد يتحول إلى مادة ذات خواص تشبه خواص المواد الحديدية المتعددة إذا رُتبت خمس طبقات منه في نمط يأخذ شكل المعيّن.
الأهم من ذلك، أن هذا يخلق بيئةً تُنتج الإلكترونات، ما يسمح ببدء حدوث المحاذاة الحديدية، وبالتحليل الدقيق لرقائق الجرافين التي تشكلت طبيعيًا على شكل خمس طبقات في هذا النمط المحدد، وجد الباحثون بالفعل سلوكًا مطابقًا للمواد الحديدية المتعددة.
أولاً: المغناطيسية غير التقليدية، إذ قامت الإلكترونات بتنسيق حركتها المدارية بدلاً من دورانها أو الالتفاف، مثلما هو الحال في المغانط التقليدية.
ثانيًا: أظهرت الإلكترونات ميلًا للاستقرار في وادٍ إلكتروني معين أو حالة منخفضة الطاقة، بينما في الجرافين القياسي لا تُظهر أي تفضيل.
أثبت الفريق أنه يمكن التحكم في هذه الخواص الحديدية بواسطة مجال كهربائي، في حين أن كل هذا ما يزال بحاجة لتقنيات عالية المستوى في الوقت الحالي، لكن من الممكن استخدامه في النهاية لتطوير شرائح كمبيوتر يمكنها تخزين ضعف البيانات، فهنا يمكن معالجة الإلكترونات بطريقتين بدلاً من طريقة واحدة.
يقول الفيزيائي زينغ وانغ لو من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: «كنا نعلم أن شيئًا مثيرًا للاهتمام سيحدث في هذا الهيكل، لكننا لم نعرف بالضبط ما هو حتى اختبرناه. إنها المرة الأولى التي نرى فيها إلكترونات الوادي الحديدي، وأيضًا المرة الأولى التي نرى فيها تناسقًا بين إلكترونات الوادي الحديدي، ومغناطيسًا حديديًا غير تقليدي».
اقرأ أيضًا:
ايهما يسلك في الغرافين ب شكل افضل ، الضوء ام الالكترونات ؟
ترجمة: يوسف الشيخ
تدقيق:منال توفيق الضللي
