تولید نسل جدیدی از مواد مصنوعی دو بعدی

در سال ۱۹۶۵ یک فیزیکدان مشهور دانشگاه پرینستون طی یک تئوری گفت که فلزات فروالکتریک می‌توانند الکتریسیته را هدایت کنند؛ هر چند در طبیعت وجود ندارند. چندین دهه بود که دانشمندان تصور می‌کردند امکان اثبات این تئوری فیلیپ اندرسون که در سال ۱۹۷۷ جایزه ی نوبل فیزیک را دریافت کرد، وجود ندارد. این کار چیزی شبیه تلاش برای ترکیب آتش و آب بود. اما گروهی بین‌المللی از دانشمندان دانشگاه راتجرز این تئوری را تایید کردند و یافته‌های آن‌ها در Nature Communications منتشر شد. جک چکالیان استاد دانشگاه راتجرز گفت:

این هیجان انگیز است. ما دسته‌ی جدیدی از مواد مصنوعی دو بعدی را با خصوصیات شبه فروالکتریک در دمای محیط ایجاد کردیم که در طبیعت وجود ندارد ولی می‌تواند الکتریسیته را هدایت کند. این ارتباط مهمی بین یک تئوری و یک آزمایش است.

موقعیت اتم‌ها در یک فلز شبه فروالکتریک که حاوی تیتانات باریوم، تیتانات استرانسیوم و تیتانات لانتانیوم است

به‌عنوان سنگ‌بنای تکنولوژی مواد فروالکتریک در زمینه‌های الکترونیک مانند تلفن همراه و دیگر آنتن‌ها، سیستم‌های کامپیوتری، تجهیزات پزشکی، موتورهای بسیار دقیق، سنسورهای فوق حساس و تجهیزات سونار استفاده می‌شوند. البته هیچ کدام از این مواد الکتریسیته را هدایت نمی‌کنند و یافته‌های راتجرز می‌تواند موجب معرفی نسل جدیدی از دستگاه‌ها و کاربردهای مختلف شود. فروالکتریک‌ها گروه بسیار مهمی از مواد تکنولوژیکی هستند. وقتی جریان الکتریسیته اعمال شود، ابعاد آن‌ها دچار تغییر می‌شود. علاوه بر این هر تلفن همراه مدرن دارای ده‌ها مولفه با ویژگی‌هایی شبیه مواد فروالکتریک است.

چکالیان نیز مانند بسیاری از فیزیکدانان در پی تجربه یک چالش نتوانست قانونی در فیزیک پیدا کند که بگوید فلزات فروالکتریک را نمی‌شود ساخت. بنابراین اعضای گروهش در پی ایجاد صفحاتی با استفاده از موادی با ضخامت چند اتم بر آمدند.

چکالیان می‌گوید:

زمانی که یک ماده‌، فروالکتریک می‌شود، اتم‌های آن به‌صورت دائمی جابه‌جا می‌شوند و ما می‌خواستیم ویژگی‌های فلزی را به یک کریستال مصنوعی که هادی الکتریسیته باشد، اضافه کنیم. بنابراین ما برای ایجاد یک فلز دو بعدی، دو لایه‌ی بسیار نازک برداشتیم و یک لایه‌ی سوم با ویژگی‌های خاص برای حرکت اتم‌ها در لایه‌ی فلزی به آن‌ها اضافه کردیم و یک فلز شبه فروالکتریک ایجاد شد. این ساختار دارای قابلیت‌های عملکردی منحصر به فردی است و یک موفقیت بزرگ به شمار می‌رود.