เปลี่ยนกราฟีนเป็นแม่เหล็ก

By: terminus
Writer
on Mon, 18/04/2011 - 23:05

กราฟีน (Graphene) คือ โครงสร้างคาร์บอนที่เป็นแผ่นความหนาเพียง 1 อะตอม คุณสมบัติที่โดดเด่นของกราฟีนคือความสามารถในการนำไฟฟ้าที่มากกว่าตัวนำอื่นๆ ในอุณหภูมิห้อง และจากการค้นพบเร็วๆ นี้โดยทีมวิจัยที่นำโดย ศ. Michael S. Fuhrer แห่งมหาวิทยาลัยแมรี่แลนด์ ทำให้เราทราบว่ากราฟีนยังมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กอีกด้วย

ในแผ่นกราฟีนที่ประกอบด้วยอะตอมคาร์บอนมาเรียงกันต่อเป็นแผงนั้น มักจะมีช่องว่างที่เกิดจากการขาดหายไปของอะตอมคาร์บอนในบางจุด ช่องว่างนี้เรียกว่า "vacancy" ในบางขณะ vacancy จะทำตัวเป็นแม่เหล็กขนาดจิ๋วหรือที่เรียกกันว่าเกิด "magnetic moment" ในสภาวะที่มีอุณหภูมิต่ำๆ สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นสามารถส่งผลทำให้แผ่นกราฟีนทั้งแผงมีความต้านทานไฟฟ้าสูงขึ้นได้

ภาพจำลองโครงสร้างของกราฟีน สังเกตช่องว่างที่เกิดจากการขาดหาดไปของอะตอมคาร์บอนในรูปขยายด้านบน ภาพจาก PhysOrg

นักวิทยาศาสตร์รู้กันมานานแล้วว่า เมื่ออิเล็กตรอนในโลหะถูกรบกวนด้วยสนามแม่เหล็กจากสารปนเปื้อน ตัวนำไฟฟ้าที่เป็นโลหะจะมีความต้านทานเพิ่มขึ้น พฤติกรรมนี้เรียกว่า "Kondo Effect" ซึ่งสังเกตได้เมื่อลดอุณหภูมิไปเรื่อยๆ แต่การค้นพบพฤติกรรมอย่างเดียวกันนี้ในกราฟีนก็ยังสร้างความประหลาดใจให้กับนักวิทยาศาสตร์ถึงสองประเด็น

ประเด็นแรก คือ กราฟีนมีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนน้อยกว่าโลหะมาก นักวิทยาศาสตร์จึงคาดว่ากราฟีนน่าจะเกิด Kondo Effect ที่อุณหภูมิต่ำสุดๆ ประมาณว่าเกือบแตะศูนย์องศาสัมบูรณ์ (0 K) แต่ Michael S. Fuhrer พบว่า Kondo Effect ของกราฟีนสามารถสังเกตเห็นได้ที่อุณหภูมิ 90 K ซึ่งเกือบจะเท่าๆ กับตัวนำที่เป็นโลหะเลย

ประเด็นที่สอง คือ Kondo Effect ของกราฟีนสามารถปรับได้ว่าจะให้เกิดที่อุณหภูมิเท่าไรเพียงแค่ปรับกระแสไฟฟ้าที่เกตไฟฟ้า (electrical gate) ซึ่งคุณสมบัตินี้เป็นเอกลักษณ์ที่ไม่เคยพบในโลหะใดมาก่อน

Michael S. Fuhrer สันนิษฐานว่า น่าจะเป็นเพราะอิเล็กตรอนในกราฟีนประพฤติตัวเหมือนกับวัตถุที่ไม่มีมวล ทำให้มันทำอันตรกิริยากับสนามแม่เหล็กจาก vacancy ได้ดีกว่าที่คาด ดังนั้นหากเราหาวิธีปรับให้ vacancies ในกราฟีนให้เรียงตัวไปในทางที่เหมาะเจาะพอดีได้ เราก็อาจจะเปลี่ยนให้กราฟีนทั้งแผงกลายเป็นแม่เหล็กขึ้นมาได้ และแม่เหล็กกราฟีนยังปรับความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กได้ตามต้องการอีกด้วย

ถ้าทำได้จริง แม่เหล็กกราฟีนจะมีประโยชน์อย่างมหาศาลในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ขนาดนาโน โดยเฉพาะอุปกรณ์เก็บข้อมูลและหน่วยความจำ

ที่มา - PhysOrg

7 Comments

Not Available at this Moment's picture

ตอนนี้น่าจะถามว่า กราฟีน ทำอะไรไม่ได้บ้าง = ="

ดูแต่ละข่าวมันครอบจักรวาลมากๆ ต้องรอดูว่าจะทำให้งานได้จริงๆกี่อัน

mementototem's picture

และอีกคำถามคือ มันจะใช้ได้จริงในราคาถูกเมื่อไหร่ (แอบกดดันนักวิจัยเล็ก ๆ แต่เขาคงไม่รู้หรอก)

Nozomi's picture

อ่านถึงแม่เหล็กปุ๊บ นึกถึง Ram กับ Hdd ก่อนเลย

PaPaSEK's picture

ผมต้องอ่านข่าวนี้หลายรอบมากๆ เพราะต้องใช้การประมวลผลด้วยข้อมูลที่เรียนมาตั้งแต่วิทยาศาสตร์เบื้องต้น และไฟฟ้าเบื้องต้นครับ

ผมอยากลองแสดงความเห็นเกี่ยวกับประเด็นที่สองดูครับ

เรื่องการปรับกระแสไฟฟ้าเพื่อเลือกอุณหภูมิที่จะทำให้เกิด Kondo Effect เนี่ย ผมยังงงๆ ว่าทำไมนักวิทยาศาสตร์ถึงแปลกใจ ในเมื่อป้อนกระแสไฟฟ้าที่ระดับต่างๆ มันก็ทำให้อุณหภูมิของตัวโหลด (ซึ่งในที่นี้คือกราฟีน) เปลี่ยนแปลงอยู่แล้ว เมื่ออุณหภูมิของตัวโหลดเปลี่ยน มันก็น่าจะสัมพันธ์กับอุณหูมิของการเกิด Kondo Effect ด้วยเป็นธรรมดา ... มิใช่เหรอครับ

รบกวนชี้แนะด้วยครับ