اكتشاف الجرافين

طريقة اكتشاف الجرافين

عندما نقرأ عن اكتشاف الجرافين، ومدى بساطة الطريقة التي اكتشف بها، ندرك أن كل من يسعى في سبيل خدمة البشرية ويقابل اليأس بمزيد من الجهد،ستكلل جهوده بالنجاح.

هذا ما حدث مع العالمان اندري جيم والبروفيسور نوفوسيلوف التابعان لجامعة مانشستر، والفائزان لجائزة نوبل في الفيزياء نتيجة لاكتشافهم مادة الجرافين وتصنيعها عمليا. لقد نجح هذان العالمان وفريقهم البحثي في تحقيق مالم يستطع العلماء الآخرون تحقيقه على مدى العقود الماضية. لقد قاموا بفصل طبقة واحدة من مادة الكربون ذات سُمك أحادي الذرة. وهذا العمل كان قد تنبأ به الفيزيائي بي.آر. والاس نظريا من خلال بحث نشره عام 1947 بعنوان (نظرية بنية الجرافيت The Band Theory Of Graphite).

لعشرات من السنوات أدرك الفيزيائيون أن الجرافين موجود نظريا، ولكن من الصعوبة صنعه عمليا. لذا كانت الدهشة كبيرة عندما اكتشفوا أن أول طريقة لصنع الجرافين، كانت بسيطة للغاية.

طبقا للبروفيسور نوفوسيلوف، فإن المعمل الذي اُستخدم لإجراء التجربة كان مُعدا نوعا ما لاهتماماته الشخصية ولإجراء تجارب بهدف التسلية، أكثر من كونه معدا خصيصا لدعم البحوث. وفي هذا الوقت كان الفريق البحثي يتطلع إلي صنع ترانزستور باستخدام الجرافيت.

لقد قام الفريق البحثي بعدة محاولات بهدف الحصول على طبقة واحدة من الكربون ذات سُمك أحادي الذرة. إحدى هذه المحاولات كانت: صقل قطعة من الجرافيت الغالي الثمن حتى تصبح رفيعة جدا. ولكن باءت كل المحاولات بالفشل، وكانت النتيجة لأن الجرافيت الغالي الثمن تحول إلى رماد.

كان الفريق على وشك الاستسلام، عندما لاحظ البروفيسور نوفوسيلوف أن أحد أعضاء الفريق كان يستخدم شريط لاصق لتنظيف سطح الجرافيت بهدف دراسته من خلال الميكروسكوب النفقي الماسح. لذا، كل ما فعله البروفيسور هو التقاط هذا الشريط اللاصق من سلة المهملات، وقام بتحويله إلى ترانزيستور.

لذا كان لطريقة الشريط اللاصق، أو ما تعرف بإسم (الانقسام الميكروميكانيكي micromechanical cleavage) التي قام بتطويرها الفريق البحثي، عظيم الأثر في هذا الاكتشاف. كل ما تتضمنه هذه الطريقة هو: أخذ قطعة من الجرافيت ووضع الشريط اللاصق عليها، وتقشير الطبقة العليا من الجرافيت. وفي النهاية، ما يتبقى على الشريط اللاصق، يمثل طبقة الجرافين المتكونة.