อะไรแข็งกว่าเพชร ?? แล้วจะทำมาทำอะไร??
เพชรได้รับการยกย่องว่าเป็นอัญมณีที่มีค่าควรเมืองมานานหลายพันปีแล้ว กษัตริย์ในสมัยโบราณนิยมประดับเครื่องทรงด้วยเพชร เพราะถือว่าเพชรเป็นสัญลักษณ์ของการมีอำนาจ และวาสนา คนยุโรปสมัยกลางเชื่อว่าเพชรเป็นวัตถุมงคลที่สามารถขจัดปัดเป่าภัยอันตรายจากภูติผีปีศาจทั้งหลายทั้งปวงได้ พระนาง Mary แห่งสกอตแลนด์ ทรงสวมแหวนเพชร เพราะพระนางทรงเชื่อว่า เพชรจะช่วยให้พระนางปลอดภัยจากการถูกลอบปลงพระชนม์ (แต่แหวนเพชรวงนั้นก็มิได้ช่วยให้นางรอดพ้นจากการตัดสินประหารชีวิตโดยพระนาง Elizabeth ที่ 1 แห่งอังกฤษ) ในสมัยคริสต์ศตวรรษที่ 14 ผู้คนเชื่อว่า เพชรมีเพศ คือเพศผู้กับเพศเมีย หากเรานำเพชรมาอยู่รวมกันจะมีลูกเพชรเกิดขึ้น และการได้เห็นเพชรก่อนออกเดินทาง จะนำโชคลาภมาให้ เป็นต้น
มาถึงสมัยปัจจุบัน เพชรเป็นสัญลักษณ์สากลที่ใช้ในพิธีหมั้น เป็นเครื่องหมายแสดงความจริงใจและความเสมอต้นเสมอปลายของผู้ให้
นักฟิสิกส์ในสหรัฐอเมริกาประสบความสำเร็จในการสร้างรอยต่อ p-n ( หรือ p-n junction) จากวัสดุนาโนที่เรียกกันว่า กราฟีน (Graphene) ซึ่งเป็นแผ่นคาร์บอนที่มีความหนาเพียงแค่หนึ่งอะตอม ความหนาแน่นประจุบนอุปกรณ์นี้สามารถควบคุมได้โดยการให้ความต่างศักย์ผ่านทางขั้วไฟฟ้าซึ่งติดกับผิวของอุปกรณ์แผ่นบางๆนี้ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีนี้อาจจะช่วยให้นักฟิสิกสืสามารถนำเอา กราฟีน มาสร้างทรานซิสเตอร์ ที่มีประสิทธิภาพดีและขนาดเล็กกว่าทรานซิสเตอร์จากซิลิกอน (Silicon) ที่ใช้อยู่ปัจจุบัน
กราฟีนเป็นวัสดุสองมิติที่มีโครงสร้างเป็นรูปตาข่ายรวงผึ้งของอะตอมคาร์บอน กราฟีนเป็นโครงสร้างพื้นฐานของวัสดุคาร์บอนที่มีรูปแบบโครงสร้าง (allotropic forms) ชนิดอื่น เช่น buckyballs, ท่อนาโนคาร์บอน (Carbon nanotube) และ กราไฟต์ซึ่งเป็นส่วนประกอบของใส่ดินสอ เป็นต้น กราฟีนค้นพบในปี 2004 โดยกลุ่มนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ในประเทศอังกฤษ คุณสมบัติทางการนำไฟฟ้าของมันมีความน่าสนใจ เพราะไม่ได้มีอิเล็กตรอนเป็นอนุภาคพาหะ แต่เป็นกลุ่มของอนุภาคที่มีสปินครึ่ง และคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วใกล้แสง (1 ใน 300 เท่าของอัตราเร็วแสง) ซึ่งอาจจะนำมาช่วยในการศึกษาอันตรกริยาขั้นพื้นฐานของอนุภาคต่างๆได้ นอกจากนี้แล้วกราฟีนยังเป็นความหวังในการสร้างอุปกรณ์นาโนอิเล็กโทรนิก เช่น ทรานซิสเตอร์ และ เครื่องตรวจจับสารเคมีต่างๆอีกด้วย
ในการที่จะสร้างทรานซิสเตอร์ได้นั้น นักฟิสิกส์จะต้องนำกราฟีนมาสร้างรอยต่อ p-n หรือ p-n junction ซึ่งเป็นโครงสร้างพื้นฐานของอุปกรณ์อิเล็กโทรนิกต่างๆให้ได้เสียก่อน โดยการต่อขั้วไฟฟ้าบวก และขั้วไฟฟ้าลบ บนแผ่นของกราฟีน ขั้วไฟฟ้าบวกจะจะดึงประจุลบจากแผ่นกราฟีนที่อยู่ข้างล่างมันทำให้เกิดเป็นบริเวณที่มีประจุลบมาก (เทียบได้กับ สารกึ่งตัวนำที่เป็น n-type) ในขณะที่ขั้วไฟฟ้าลบก็จะผลักประจุลบออกไปจากบริเวณนั้นทำให้เกิดบริเวณที่มีประจุบวก (เทียบได้กับสารกึ่งตัวนำที่เป็น p-type) หรือในอีกแง่หนึ่งบริเวณระหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสองก็จะมีคุณสมบัติเหมือนกับ รอยต่อ p-n ในตัวไดโอดนั่นเอง
อย่างไรก็ตามการจะติดขั้วไฟฟ้าลงบนแผ่นกราฟีนที่มีความบางเพียง 1 อะตอมทำได้อยากมาก เพราะแผ่นกราฟีนอาจจะเกิดการฉีกขาดและเสียหายได้ นักฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยฮาวาร์ด นำโดย ดร. ชาลส์ มาคุส (Charles Marcus) ค้นพบเทคนิคที่จะสามารถแก้ปัญหานี้ได้ โดยเทคนิคดังกล่าวเรียกว่า Atomic layer deposition (หรือ ALD) ซึ่ง ดร. คุส กล่าวว่าเขาได้ขอยืมเทคนิคนี้มาจากนักเคมี ที่สังเคราะห์ท่อนาโนคาร์บอน ซึ่งเป็นการเอาแผ่นกราฟีนมาม้วนเป็นท่อนั่นเอง
อย่างไรก็ตามแม้ว่านักฟิสิกส์จะประสบความสำเร็จในการสร้างรอยต่อ p-n จากกราฟีนได้แล้ว แต่รอยต่อนี้มีคุณสมบัติที่ต่างกันกับรอยต่อ p-n ที่ได้จากสารกึ่งตัวนำ ที่สำคัญคือไม่มีช่องว่างของพลังงานที่เรียกกันว่า Energy gap ทำให้มันไม่สามารถนำมาใช้ในทรานซิสเตอร์ได้ นักฟิสิกส์จึงจะต้องสร้างช่องว่างพลังงานให้กับแผ่นกราฟีน ซึ่งทีมของ ดร. มาคุส กำลังศึกษาความเป็นไปได้ที่จะใช้เทคนิค ALD มาสร้างทรานซิสเตอร์จากกราฟีนต่อไป
MIT เคยจัดอันดับให้กราฟีน (Graphene) เป็นหนึ่งในสิบเทคโนโลยีที่น่าจับตามอง ล่าสุดนี้ นักวิจัยจาก MIT ใช้กราฟีนพัฒนาไมโครชิปที่มีความเร็วสัญญาณนาฬิการะดับ 1 เทราเฮิรตซ์ (THz) หรือ 1,000 กิกะเฮิรตซ์สำเร็จแล้ว ซึ่งชิปแบบกราฟีนตัวนี้จะสามารถเพิ่มความเร็วในการประมวลผลของคอมพิวเตอร์ รวมถึงเพิ่มความเร็วในการขนส่งข้อมูลของโทรศัพท์มือถือได้
ชิปแบบกราฟีนของ MIT เป็นตัวคูณความถี่ที่เร่งความเร็วขึ้นสองเท่าด้วยการใช้ทรานซิสเตอร์เพียงตัวเดียว ทำให้ชิปตัวนี้ใช้พลังงานไฟฟ้าที่น้อยกว่าชิปแบบซิลิกอนทั่วๆไปแต่ให้ความเร็วที่สูงกว่ามากๆ และหากติดตั้งตัวคูณความถี่ของชิปตัวนี้หลายๆตัวแบบอนุกรมแล้ว ก็จะทำให้เราได้ความเร็วเพิ่มขึ้นอีกหลายเท่าตัวเลยทีเดียว โดยในทางปฏิบัติจริง ชิปแบบกราฟีนตัวนี้จะให้ความเร็วในช่วงตั้งแต่ 500 กิกะเฮิรตซ์ ถึง 1,000 กิกะเฮิรตซ์
หากย้อนไปที่ข่าวปี 2006 ทีมวิจัยจากไอบีเอ็มและจอร์เจียเทคเองก็เคยประสบความสำเร็จในการสร้างชิปแบบซิลิกอนที่เพิ่ม germanium ทำให้ได้ความเร็ว 500 กิกะเฮิรตซ์ที่อุณหภูมิ 8 องศาเหนือศูนย์สมบูรณ์ (อ้างอิงจากข่าวเก่า) อย่างไรก็ตาม ทางทีมวิจัยเองเชื่อว่ามีความเป็นไปได้ที่จะสามารถพัฒนาชิปตัวนี้ให้ได้ความเร็ว 1 เทราเฮิรตซ์ที่อุณหภูมิห้อง
สรุปได้ว่า
กราฟีน (graphene) ซึ่งเป็นคาร์บอนแผ่นบางๆที่มีความหนาเพียงหนึ่งอตอม อาจเข้ามาแทนที่ซิลิกอนที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้ โดยเราอาจเห็นกราฟีนถูกนำไปใช้ในชิพคอมพิวเตอร์ความเร็วสูงหรือเซ็นเซอร์ แบบชีวะเคมี (biochemical sensors)
ที่มา/ต้นฉบับ - SoftSailer
http://www.softsailor.com/news/1029-mit-researchers-develop-graphene-based-microchip-that-can-operate-at-1000ghz.html
และ MIT
http://web.mit.edu/newsoffice/2009/graphene-palacios-0319.html
ที่มาเพิ่มเติม
- ฟิสิกส์เว็บ
http://physicsweb.org/articles/news/11/6/19/1
- Preprint ของบทความวิชาการต้นฉบับหาได้จาก
http://arxiv.org/abs/0704.3487
- วิชาการดอทคอม
แหล่งค้นคว้าเพิ่มเติม
-
http://en.wikipedia.org/wiki/Graphene
- Physics World November 2006
http://physicsweb.org/articles/world/19/11/7/1
บทนำบทความ ที่มา : ดร.สุทัศน์ ยกส้าน
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)
รูปภาพประกอบจากอินเตอร์เน็ต
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น