طول‌عمر الکترون‌ها در ترازهاي انرژي گرافن

به گزارش سرويس علمي پزشکي باشگاه خبرنگاران به نقل از روابط عمومي ستاد ويژه توسعه فناوري نانو معمولا الکترون‌ها فقط مي‌توانند ترازهاي انرژي ويژه‌اي (که به آنها باندهاي انرژي گفته مي‌شود) و نه ساير انرژي‌ها (که به آنها گپ‌هاي انرژي گفته مي‌شود) را قبول کنند. ولي رفتار گرافن با ساير نيمه‌رساناها متفاوت است: باندهاي انرژي بدون ظهور هيچ گپي با همديگر تماس پيدا مي‌کنند. گرافن به جاي گسيل نور قادر به جذب تابش با انرژي‌هاي کمتر از طيف مرئي، مانند نور فروسرخ و تراهرتز، است و همين خاصيت آن را به يک ماده عالي براي آشکارسازي تبديل کرده است.



اين پژوهشگران با کمک دستگاه ليزر الکترون آزاد (FEL) در مرکز HZDR طول‌عمر الکترون‌ها در ترازهاي انرژي ويژه گرافن را بررسي کردند.

براي اينکه قادر به توسعه الکترونيک سريع و مولفه‌هاي اپتوالکترونيکي براساس گرافن باشيم، بايد بدانيم که الکترون‌ها در اين ترازهاي انرژي ويژه دقيقا چه مدت درنگ مي‌کنند. بررسي چنين فرآيندهايي، که در بازه پيکوثانيه رخ مي‌دهند، نيازمند روش‌هاي مشاهده بسيار سريع مي‌باشد. ويژگي منحصر به فرد آزمايش‌هاي انجام شده توسط اين پژوهشگران قرار دادن نمونه‌هاي گرافني در معرض نوري با طول موج‌هاي بلندتر از قبل است. اين کار با استفاده از پالس‌هاي تابشي کوتاه توليدشده بوسيله‌ي دستگاه ليزر الکترون آزاد (FEL) واقع در مرکز HZDR امکان‌پذير شد. بنابراين اين پژوهشگران قادر به مطالعه طول‌عمر الکترون‌ها در نزديکي نقطه تماس اين باندهاي انرژي شدند که خاصيت فيزيکي منحصر به فرد گرافن است.

FEL نمونه‌هاي گرافني را با نوري که داراي طول موج‌هاي مختلف در بازه فروسرخ بود، تحريک کرد. اين پژوهشگران کشف کردند که انرژي ذرات نوري که الکترون‌ها و نيز نوسان‌هاي شبکه اتمي را تحريک مي‌کند، مي‌تواند طول‌عمر الکترون‌ها را تحت تأثير قرار دهد: اگر انرژي ذرات نوري بيشتر از انرژي نوسانات شبکه باشد، آنگاه الکترون‌ها تراز انرژي ويژه خود را خيلي سريع‌تر تغيير خواهند داد و طول‌عمر کوتاه‌تري خواهند داشت. برعکس، اگر انرژي تحريک کمتر از انرژي نوسانات شبکه باشد، آنگاه الکترون‌ها درنگ بيشتري در تراز انرژي ويژه خواهند داشت.

اين پژوهشگران جزئيات نتايج کار تحقيقاتي خود را در مجله‌ي Physical Review Letters منتشر کرده‌اند. /ع