شبیه‌سازی یک ماده جدید با خواص هیجان‌انگیز

وب سایت کلیک: پس از تولید گرافن و خواص جالب آن، اکنون دانشمندان در پی ساخت یک ماده جدید با خواصی منحصر به فرد از عنصر بور هستند که در حال حاضر در مرحله شبیه سازی است.

همه عاشق گرافن هستیم، این ورقه ضخیم تک اتمی از کربن که فوق‌العاده انعطاف پذیر، سخت تر از الماس و قوی تر از فولاد بوده و اخیرا ابر رسانا نیز شده است.

اما این تنها نانو ماده فوق‌العاده موجود نیست. محققین به تازگی یک زنجیره طولانی یک بعدی از بور را شبیه سازی کرده اند که پیش بینی می‌کند حتی از خواص عجیب گرافن نیز عجیب تر باشد.

البته این زنجیره ۱D بور هنوز ساخته نشده است و این نتایج صرفا متکی بر شبیه سازی های دقیق کامپیوتری از این ماده است. اما آزمایشگاه ها تاکنون با موفقیت این اتم بزرگ و باکی بال مانند بور را با زنجیر تک اتمی کربن با نام کربین را ایجاد کنند. ازاین رو محققین پیش بینی می‌کند این اولین زنجیر اتمی بور ۱D است که تاکنون ساخته می شود. شبیه سازی ها نشان می‌دهند که شکل ۱D بور خواص بسیار شگفت انگیزی دارند.

برای مثال این زنجیرهای فلزی کشیده هستند و نیمه هادی ضد فرو مغناطیس خواهند بود، به این معنی که یک فلز غیر مغناطیسی خواهد بود که قادر است الکتریسیته را مقاومت صفر جریان دهد. این مواد همچنین سختی مکانیکی نیز خواهند داشت که هم‌تراز با بالاترین عملکرد نانو مواد شناخته شده برای علم است.

آن‌ها همچنین می توانند فنرهای کوچک و نیروی دائمی باشند، یک نوع فنر قانون شکن که نیروی دائمی بر محدوده حرکتی خود وارد می‌کند(اکثر فنرهای دیگر هرچه بیشتر کشیده شوند، نیروی بیشتری ایجاد می‌کنند).

گرچه این امر هنوز یک فرضیه است اما فاصله چندانی از واقعیت ندارد. این شبیه سازی ها توسط تیم دانشگاه رایس انجام شده است که متخصص شبیه سازی های کامپیوتری در سطح اتمی موادی هستند که هنوز وجود ندارند.

این تیم سابقه بسیار خوبی نیز دارد. پیش از این رفتار فیلم های دو بعدی بور به نام بوروفن را نیز شبیه سازی کرده بود که ماده‌ای شبیه گرافن است. و تمامی این مواد توسط آزمایشگاه تولیدشده‌اند.

برخلاف گرافن که دو بعدی است، ساختار بور که شبیه سازی شده، تنها یک بعد دارد زیرا از یک زنجیره تکی اتم‌ها یا در واقع یک نوار دو اتمی ساخته شده است.

این نوار و زنجیره به جای اینکه از دو ساختار جداگانه تشکیل شده باشد، در واقع دو مرحله تعریف شده از بور یک بعدی است.

در این صورت زمانی که بور یک بعدی کشیده شود، در مرحله انتقال از نوار دو اتمی به یک زنجیره تک اتمی بدل شده و با آزاد شدن فشار به حالت قبلی باز می‌گردد.

نکته هیجان‌انگیز اینجاست که هرکدام از این فازها، ویژگی خاص خود را دارند. یک زنجیر تک اتمی، نیمه هادی بوده و نوار دو اتمی یک ماده سخت و مقاوم به تغییر شکل است.

یاکوبسن می گوید "این مسئله ماده را به یک ترکیب جالب تبدیل می کند.زمانی که آن را تا نیمه می کشید، ممکن است یک نیمه نوار و نیمه زنجیره داشته باشید. زیرا یکی از آن‌ها فلز بوده و دیگری نیمه هادی است. زیرا به یک "تقاطع شاتکی" قابل تنظیم و یک بعدی تبدیل می‌شود."

تقاطع شاتکی یک مانع الکترونیکی از فلز و نیمه هادی است و معمولا به عنوان دیود برای کنترل جریان استفاده شده و جریان را در یک جهت عبور می دهد.

اسپین اتم ها در ماده نیز بسیار جالب است. زمانی که به حالت زنجیر یک اتمی در می‌آید، جهت اتم های اسپین بالا یا پایین در وضعیت مخالف قرار می گیرند که جنبه ضد فرو مغناطیس به آن می دهند.

مواد ضد فرو مغناطیس امروزه بسیار مهم هستند، مخصوصا مواردی که هادی جریان الکترونیک نیز هستند زیرا به این وسیله می‌توان اسپینترونیک را توسعه داد که مرتبط با دستگاه های فوق مدرن با عملکرد بالا هستند.