الجرمانين … قريب الغرافين الجديد!

ترجمة: ميشيل رحال، الكيمياء العربي

---

نجح فريق من الباحثين الأوروبيين، وهو أحد فرق بحثية كثيرة باصطناع المادة ثنائية البعد وهي الجرمانين Germanene.

يتوقع مما يطلق عليه اسم “قريب الغرافين” وهي المادة التي تم تشكيلها من طبقة أحادية من ذرات الجرمانيوم، أن تسلك خواصاً ضوئية وكهربائية مثيرة للاهتمام، وقد يتم ضمها إلى الصناعات الالكترونية في المستقبل. تم عرض هذه المادة في 10 أيلول، في معهد الفيزياء وفي مجلة الجمعية الفيزياء الألمانية: New Journal of Physics.

تم طرح فكرة تشكيل الجرمانين سنة 2009، لكن بقي لفترة قريبة بعيد المنال. ومنذ ذلك الوقت، يتم التقدم في تطوير الغرافين، في حين كانت التجربة الأولى في اصطناع مواد ثنائية البعد أخرى مثل السيليسين silicene (طبقة مفردة من ذرات السيلسيوم).

[fusion_builder_container hundred_percent=”yes” overflow=”visible”][fusion_builder_row][fusion_builder_column type=”1_1″ background_position=”left top” background_color=”” border_size=”” border_color=”” border_style=”solid” spacing=”yes” background_image=”” background_repeat=”no-repeat” padding=”” margin_top=”0px” margin_bottom=”0px” class=”” id=”” animation_type=”” animation_speed=”0.3″ animation_direction=”left” hide_on_mobile=”no” center_content=”no” min_height=”none”]

إنّ الطريقة المقترحة لاصطناع الجرمانين والمشابهة للسيليسين، هي عن طريق توضع (ترسيب) ذرات جرمانيوم مفردة على سطح ركيزة عند درجات حرارة عالية وضمن مجال ذو ضغط منخفض شبه معدوم قريب من الخلاء.

إنّ التقدم الكبير الذي استطاع الفريق الأوروبي تحقيقه قد حدث بالتوازي مع فرق آخر مستقل من الصين والتي وثقت الدليل على تشكل الجرمانين، بأنّ الجرمانين قد تم اصطناعه على ركيزة من البلاتينيوم.

في الدراسة الجديدة التي عمل عليها الباحثون، والتي لم تكن محض صدفة، بأنّه يمكن استخدام الذهب أيضاً كركيزة، وهو حدث وصفه الكاتب المساعد للبحث البروفسور غي لو لاي Gyu Le Lay من جامعة مارسييل Aix-Marseille University على “أنّه كالمرور من خلال المرآة”.

يقول غي لاي: “من خلال متابعة اصطناع القريب الآخر الغرافين، أي السيلسين، اعتقدنا أنّه من الطبيعي تجربة وإنتاج الجرمانين بنفس الطريقة، عن طريق ترسيب الجرمانين على سطح ركيزة من الفضة. لقد فشلت هذه المحاولة، لذا قررت اختيار ركيزة من الذهب، وذلك باسترجاع ما قمت به أثناء بحث الدكتوراه، حيث كان الذهب ينمو على ركيزة من الجرمانيوم، لقد حاولت أن أقوم بالتجربة بشكل آخر”.

بعد توضع ذرات الجرمانيوم على ركيزة من الذهب، أصبح للباحثين القدرة على تأكيد أنّ المادة التي تشكلت هي الجرمانين، وذلك باستخدام القياسات الطيفية وباستخدام حسابات نظرية الكثافة الوظيفية DFT، حيث تم التحري عن وجود بنية الكترونية في المادة.

تم التحري أيضاً عن المادة باستخدام مجهر المسح النفقي STM، والذي كشف عن مادة ذات البنية المميزة لخلايا النحل السداسية ثنائية البعد.

يعتقد الباحثون أنّه بتكثيف التطويرات سوف يكون من الممكن تنمية الجرمانين على طبقات من الذهب تتوضع على أعلى ركيزة مرنة والتي ستكون أرخص من البلاتينيوم والتي ستسمح باصطناع الجرمانين ضمن سلم عال من الإنتاج.

بالإضافة لذلك، وبفضل الخواص المميزة للجيرمانين، من الممكن استخدامه كعازل طبوغرافي قوي ثنائي البعد، بشكل خاص حتى درجة حرارة الغرفة، مما يساهم في تسهيل استخدام هذه المادة في الحوسبة الكمومية.

يكمل البروفسور غي لاي: “لقد قمنا بتقديم دليلاً مقنعاً عن ولادة الجرمانين الرقيق تقريباً، وهو شكل تآصلي allotrope جديد للجرمانيوم ومصطنع، بحيث لا يتواجد في الطبيعة. إنّه من عائلة الغرافين. إنّ اصطناع الجرمانين هو فقط البداية لسعي طويل الأمد. في الواقع، لم يكن نجاح الاصطناع بتلك السهولة. هناك مقدار معتبر من العمل مطلوب من أجل توصيف أشمل للبنية الالكترونية للمادة”.

يقول البروفسور آنجيل روبيو Angel Rubio المشارك في كتابة البحث: “هناك جانب هام في دراستنا وهو أننا قمنا بزيادة أبعاد المواد ثنائية البعد والتي يمكننا استخدامها لبناء مجموعة كاملة من الأجسام الصلبة الصنعية وبطيف واسع من الخواص المختلفة”.

لقراءة الورقة البحثية:

http://iopscience.iop.org/1367-2630/16/9/095002/article

المصدر:

Graphene gets a ‘cousin’ in the shape of germanene. https://ioppublishing.org/news/graphene-gets-a-cousin-in-the-shape-of-germanene/