فيزيك‌دانان UC Riverside (دانشگاه کاليفرنيا)نشان دادند كه وجود بارهاي الكتريكي در گرافن به‌عنوان توپ‌هاي بيليارد، آن را قابل استفاده به‌عنوان يك ميز بيليارد در مقياس اتمي كرده‌است. اين دستاورد، پتانسيل گرافن را براي عملكرد به‌عنوان يك ماده الكترونيكي عالي نظير سيليكون كه در توسعه انواع جديدي از ترانزيستورهاي مبتني بر فيزيك كوانتوم كاربرد دارد، نشان مي‎دهد. از آنجايي كه الكترون‌ها در گرافن با هيچ مانعي روبه‌رو نمي‎شوند، مي‎توانند آزادانه در طول صفحه كربني حركت كرده، موجب رسانش بار الكتريكي با مقاومت بسيار كم شوند. نتايج اين مطالعه در شماره اخير مجله Science چاپ شده‌است

تصوير فوق گرافن را نشان مي‎دهد كه مي‎تواند به‌عنوان يك ميز بيليارد در مقياس اتمي عمل كند. در اين صفحه بارهاي الكتريكي به عنوان توپ‌هاي بيليارد عمل مي‎كنند.

اين گروه تحقيقاتي ـ به سرپرستي Chun Ning Lau ـ دريافتند كه تنها مانع پيشروي الكترون‌هاي گرافن، لبه‎هاي آن است. Lau ، استاديار بخش فيزيك و ستاره شناسي UCR، مي‎گويد:" اين الكترون‌ها با هيچ مانع ديگري مواجه نمي‎شوند و مشابه توپ‌هاي بيليارد كوانتومي رفتار مي‎كنند و خواصي را كه از خود بروز مي‎دهند، شبيه هر دو خاصيت موجي و ذره‎اي است. Lau متوجه شد كه الكترون‌هاي اصلي و برگشتي مي‌توانند وقتي الكترون‌ها در برخورد با يكي از لبه‎هاي گرافن منعكس مي‎شوند، با يكديگر تداخل كنند. او با اندازه‎گيري رسانندگي الكتريكي گرافن در دماي فوق‎العاده پايين(K 26/0) اين تداخل الكترونيكي را آشكار كرد. وي توضيح مي‎دهد:" در چنين دماي پاييني، خواص كوانتومي الكترون‌ها راحت‎تر مطالعه مي‎شود. ما دريافتيم كه الكترون‌ها در گرافن قادر به بروز خواص موجي هستند كه مي‎تواند كاربردهاي جالبي را نظير ترانزيستورهاي باليستيك ـ كه نوع جديدي از ترانزيستورهاست ـ و حفره‎هاي رزونانسي براي الكترون‌ها داشته باشند. يك حفره رزونانسي اتاقكي است شبيه يك ماكروويو آشپزخانه كه امواج مي‎توانند در آن به جلو و عقب جهش داشته باشند. Lau و همكارانش در آزمايش‌هاي خود ابتدا يك صفحه منفرد از گرافن را از گرافيت جدا كردند، سپس الكترودهاي نانومقياسي را به صفحه گرافن متصل و آنها را در يك وسيله سردكننده منجمد كردند و در نهايت، رسانندگي الكتريكي صفحه گرافن را اندازه‎ گرفتند. گرافن ـ كه براي نخستين بار كمتر از سه سال پيش به‌طور آزمايشگاهي جدا شده ـ يك شبكه لانه زنبوري دوبعدي از اتم‌هاي كربن است كه از نظر ساختاري با نانولوله‎هاي كربني و باكي‎بال‌ها مرتبط است. گرافن قادر به عملي كردن آزمايش‌هاي تجربي تعدادي از پديده‎هاي فيزيكي است كه مكانيك كوانتومي و نسبيت را دربرمي‎گيرند. خواص بي‎نظير اين ماده، نظير ظرفيت حمل جريان و رسانندگي گرمايي زياد، باعث شده تا گرافن به‌عنوان نمونه ايده‎آلي براي اجزاي سازنده در مدارهاي نيمه‎هادي و كامپيوترها، مورد مطالعه قرار گيرد. هندسه مسطح آن، امكان ساخت ابزارهاي الكترونيكي و دستيابي به دامنه وسيعي از خواص الكتريكي را فراهم مي‎سازد. از صفحات گرافن به‌دليل ضخامت كمشان(فقط به اندازه يك اتم) مي‎توان در ساخت ابزارها و تجهيزات الكترونيكي بسيار كوچك استفاده كرد

آشکارسازهاي آناليز که در ميکروسکوپ‌هاي الکتروني استفاده مي‌گردد، انواع مختلفي دارند. در اين مقاله سعي شده است به صورت اجمالي مزاياي نسبي آشکارسازهاي موجود، مورد بررسي قرار گيرد. اين آشکارسازها عبارتند از: EDS(EDAX),WDS(WDX),EELS,AES(اوژه) که به شرح زير بررسي مي‌شوند:

EDS
- آناليز سريع و راحت (در هر بار آزمايش) (بدليل بزرگي زواية فضايي آشكاساز و جمع‌آوري همة پرتوهاي X با انرژي مختلف دريك زمان)
- آناليز كيفي (خطوط نزديكتر از ev 200-100 قابل آشكارسازي نيستند) (علاوه بر درهم رفتن دو پيك مجاور نسبت ارتفاع پيك‌ها به زمينه خيلي خوب نيست)
- ارتفاع پيك به زمينه نامناسب (براي استفاده در اندازه‌گيري‌هاي كمي) (به دليل پارازيت‌هاي الكتروني موجود در آشكارساز)
- محدوديت عنصري (Na به بالا يا B به بالا) (به دليل جذب فوتون‌هاي كم انرژي توسط پنجره‌ها)
- مشكلات سرد بود دائم آشكارساز (شارژ دائمي نيتروژن مايع)
- در برخي نمونه‌ها (تقريباً مشخصند) پيك‌هاي نويزگونه (نويز مجموع دو فوتون و نويز گريزKeV 74/1 E-) وجود دارد كه تشخيص اين پيك‌هاي نويزي نيازمند تجربة تحليلگر يا قدرت نرم‌افزار تحليل كننده دارد.
- امكان تهية همزمان نقشه‌هاي چندگانه (در WDS يگانه) از چند عنصر در يك ناحيه (بر خلاف WDS)
- تنها آشكارسازي كه بر روي TEM و STEM قابل نصب است (البته به شرطي كه اين مسالة در هنگام طراحي TEM و لنزها در نظر گرفته شده باشد) (به دليل تعداد بسيار كم فوتون‌هاي X و راندمان بسيار بالاتر آشكارسازي نسبت به WDS) (از مزاياي نصب EDS بر روي TEM به جاي SEM بالا رفتن تفكيك‌پذيري نقشة به دست آمده از فوتون‌هاي X (تا 10 نانومتر هم مي‌تواند باشد در حالي كه در SEM بهتر از 1 نمي‌تواند باشد)



WDS
- سرعت نسبتاً كند ( به دليل كوچكي زاوية فضايي آشكارسازي و جمع‌آوري فقط يك طول موج در آن واحد و در نتيجه لزوم جمع‌آوري ديتا در تمام زواياي ممكن)
- آناليز كمي با دقت بالا:
• تيز بودن پيك‌ها (تشخيص عناصر با انرژي فوتون X نزديك به هم و نادر بودن همپوشاني پيك‌هاي مجاور)
• زياد بودن نسبت ارتفاع پيك‌ به زمينه (اندازه‌گيري كمي غلظت عناصر با دقت خوب 10 برابر EDS)
- لزوم مهندسي دقيق در طراحي دستگاه به دلايل:
• حساسيت بالاي قدرت سيگنال فوتو‌نهاي X به جابجايي و خروج ميكرومتري نمونه از دايرة رولاند (در نتيجه براي به دست آوردن نقشة شيميايي نواحي بزرگتر از 5 × 5 بايد نمونه جابه‌جا شود نه باريكة الكتروني)
• لزوم دقت تنظيم زواياي و 2 با دقت بهتر از 1 دقيقه براي تشخيص خطوط نزديك به هم
- عدم محدوديت آشكارسازي عنصري (به شرط امكان استفاده از چند كريستال، با ثابت شبكه مختلف، در هنگام آناليز طيفي)‌ (به دليل محدوديت‌هاي عملي در طراحي مكانيكي دستگاه در چرخش‌هاي زياد)
- سرعت معقول آشكارسازي هنگامي كه نوع عنصر را از قبل بدانيم (براي آناليز كمي و نقشه عنصر مربوطه) (چرا كه زاوية در مقدار خاصي ثابت نگه داشته مي‌شود و از طرفي سرعت آشكارسازي تعداد فوتون‌ها توسط آشكارسازگازي WDS زياد است)
- تفكيك‌پذيري غلظتي بهتر از EDS است (%05/0 در برابر % 1/0)

توجه
1- دستگاه مخصوصي در بازار وجود دارد (EPMA) كه براي آناليز حرفه‌اي نمونه‌هاي متعدد طراحي شده است.
2- آناليزگرهاي پرتو X هر دو (EDS و WDS) اين مشكل را دارند كه براي نمونه‌هاي ناهموار خيلي مناسب نيستند چرا كه بلندي‌ها بعضاً جلوي رسيدن فوتون‌هاي X جاهاي گود را مي‌گيرند.
3-در برخي ازموارد هر دو آشکارساز بطور همزمان بر روي دستگاه نصب ميشود .

AES
- نياز به خلأ بالا (torr 8-10 )، آسيب‌ديدگي نمونه‌هاي حساس (برخي تركيبات آلي و بيولوژيك)
- مي‌تواند به عنوان آشكارسازي روي SEM نصب شود و نقشة شيميايي سطح را با دقت عرضي 100 نانومتر (15 نانو متر در FEAES) و دقت عمقي 3 نانومتر به دست دهد.
- زمان آناليز كامل طيفي هر پيكسل حدود 5 دقيقه
- قابليت تشخيص همة عناصر و تركيبات شيميايي آنها (به جز هليم و هيدروژن) با دقت غلظتي ~ % 30 تا % 10 (و به روايت Evans %1 تا % 1/0 )

EELS
- در TEM نصب مي‌شود چرا كه الكترون‌هاي عبوري مورد بررسي قرار مي‌گيرند و ضخامت نمونه بايد كمتر از 100 نانومتر باشد.
- براي عناصر سبك مناسبتر است.
- سرعت نسبتاً كمي دارد ولي استفاده از آشكارسازهاي آرايه‌اي (چيزي شبيه CCDها) اين مساله را كمرنگ مي‌كند.
- براي آناليز كمي نياز به زمان بالاي جمع‌آوري اطلاعات دارد (براي كافي شدن آمار الكتروني)
- در صورت كافي بودن آمار آشكارسازي الکترون ها ضخامت نمونه و تركيب شيميايي عناصر (علاوه بر نوع عنصر و غلظت آن) هم قابل تعيين است.

محققان موسسه فناوري جورجيا در حال مطالعه تشکيل نانولوله‌هاي اکسيد فلزي و درک فاکتورهاي کليدي هستند که بر قطر و طول نانولوله‌هاي توليد شده از محلول حاوي مواد اوليه تأثير مي‌گذارند.

دکتر سانکار نير استاد دانشکده مهندسي شيميايي و زيست‌مولکولي موسسه فناوري جورجيا مي‌گويد: «ما نشان داده‌ايم که پايه‌هاي ساختاري و ترموديناميکي قابل اندازه‌گيري در سطح مولکولي وجود دارند که مي‌توانيم با استفاده از آنها قطر نانولوله‌ها را کنترل نماييم. ما مي‌خواهيم علم اين مواد را تا حدي توسعه دهيم که بتوانيم انحناء، طول و ساختار دروني آنها را به روشي پيچيده و ارزان و از طريق شيمي مبتني بر آب در شرايط ملايم دستکاري نماييم».

تيم تحقيقاتي نير با استفاده از واکنش‌هاي شيميايي انجام شده در آب در دماي کمتر از 100 درجه سيلسيوس مقدار ژرمانيوم و سيليکون را در طول فرآيند سنتز نانولوله‌ها تغيير دادند؛ سپس آنها با استفاده از روش‌هاي مختلف تعيين مشخصات نشان دادند که رابطه روشني ميان ترکيب و قطر نانولوله‌ها وجود دارد.

در عين حال محاسبات ديناميک مولکولي اين گروه وجود رابطه قوي ميان ترکيب، قطر، و انرژي دروني اين ساختارها را نشان داد.

نير مي‌گويد: «به نظر مي‌رسد قطر نانولوله‌ها تابع مقدار انرژي آنها مي‌باشد و نانولوله‌هايي تشکيل مي‌شوند که داراي پايين‌تر مقدار انرژي بوده و در نتيجه پايدارتر هستند. قطري که در آن نانولوله پايدار مي‌باشد، با تغيير ترکيب نانولوله‌ها تغيير مي‌کند.

اين امر نشان مي‌دهد که قطر نانولوله‌ها تنها تابع پارامترهاي متنوع سنتز نبوده، بلکه يک پايه ترموديناميکي وجود دارد که از تعادل دقيق نيروهاي ميان‌اتمي درون ساختار ماده حاصل مي‌شود».

اعتقادات و قصه های زیادی در مورد سنگ سیاه وجود دارد که بعضی از آنها را همه شنیده اید و من دوباره تکرار نمی کنم.