طراحی نازک‌ترین نانوسیم فلزی جهان از جنس مس و کربن

محققان آزمایشگاه تئوری و شبیه‌سازی مواد در EPFL در لوزان، به عنوان بخشی از پروژه Marvel NCCR، از روش‌های محاسباتی برای شناسایی نازک‌ترین سیم فلزی ممکن استفاده کردند. آن‌ها روی مواد تک‌بعدی از جنس‌های متفاوت و خواص آن برای کاربردهای مختلف تحقیق کرده‌اند.

مواد یک‌بعدی یکی از جذاب‌ترین حوزه‌ها در فناوری نانو هستند. آن‌ها از اتم‌هایی ساخته شده‌اند که به صورت سیم یا لوله هستند. خصوصیات الکتریکی، مغناطیسی و نوری آن‌ها باعث می‌شود که گزینه‌ای عالی برای کاربرد در حوزه‌های مختلف از میکروالکترونیک گرفته تا نانوزیست‌حسگر و کاتالیست باشند.

نانولوله‌های کربنی موادی هستند که تاکنون بیشتر مورد توجه قرار گرفته‌اند، اما تولید و کنترل آن‌ها بسیار دشوار است، بنابراین دانشمندان مشتاق هستند که ترکیبات دیگری را برای ایجاد نانوسیم و نانولوله پیدا کنند، موادی که کار با آن‌ها ساده‌تر بوده و همان ویژگی‌های جالب نانولوله کربنی را نیز داشته باشند.

این گروه از شبیه‌سازی برای تجزیه کریستال‌های سه بعدی استفاده کرد تا با این کار مواد یک بعدی با خواص الکتریکی و ساختاری جالب ایجاد شود. محققان مجموعه‌ای بیش از 780،000 کریستال، گرفته شده از بانک‌های اطلاعاتی مختلف و را به کار گرفتند و روی نیروهای واندروالسی و دیگر نیروهایی که این ساختارهای را هم متصل می‌کنند تحقیق کردند. سپس آن‌ها از الگوریتمی استفاده کردند که چیدمان اتم‌ها با نیروهای جاذبه مختلف را بررسی کرده و ساختار سیمی شکل را ارائه می‌دهد که می‌توان آن را به سادگی سنتز کرد.

سینارلا از محققان این پروژه می‌گوید: «ما به طور خاص به دنبال سیم‌های فلزی بودیم که پیدا کردن آن دشوار است زیرا فلزات یک بعدی، در اصل، نباید به اندازه کافی پایدار باشند تا بتوانند امکان لایه‌برداری را فراهم کنند.»

به نقل از ستاد نانو، در پایان، آن‌ها لیستی از 800 ماده یک بعدی را ارائه دادند که از این تعداد 14 مورد بهترین گزینه برای کار عملی بود. البته هنوز این سیم‌ها سنتز نشده‌اند و محققان روی خواص آن‌ها کار می‌کنند. در میان این گزینه ساختارهایی نظیر نانوسیمی حاوی مس و کربن بود که می‌توان از آن به عنوان باریک‌ترین نانوسیم فلزی نام برد.

این گروه تحقیقاتی سه نوع بلور مختلف (NaCuC2, KCuC2 and RbCuC2) را برای سنتز عملی نانوسیم‌ها پیشنهاد کردند. این ساختارها به انرژی کمتری برای تجزیه و تولید نانوسیم نیاز دارند.