"مواد الطبيعة" - شركة CIQTEK SNVM تساعد العملاء على تحقيق إنجازات رئيسية في أجهزة دوران الجرافين

August 21, 2025

في الآونة الأخيرة، حقق فريق بقيادة وانج هاومين من معهد شنغهاي لأنظمة المعلومات الدقيقة التابع للأكاديمية الصينية للعلوم تقدمًا كبيرًا في دراسة مغناطيسية أشرطة الجرافين النانوية المتعرجة (zGNRs) باستخدام سيكتيك مجهر مسح النيتروجين الشاغر (SNVM) .

بناءً على أبحاث سابقة، قام الفريق بحفر نيتريد البورون السداسي (hBN) مسبقًا باستخدام جسيمات معدنية لإنشاء خنادق ذرية موجهة، واستخدموا طريقة الترسيب الكيميائي للبخار التحفيزي في الطور البخاري (CVD) لتحضير أشرطة نانوية من الجرافين الكيرالية في الخنادق، محصلين بذلك على عينات من جسيمات نانوية zGNR بعرض حوالي 9 نانومتر مدمجة في شبكة نيتريد البورون السداسي. ومن خلال الجمع بين قياسات SNVM والنقل المغناطيسي، أكد الفريق مغناطيسيته الذاتية مباشرةً في التجارب. يرسي هذا الاكتشاف الرائد أساسًا متينًا لتطوير أجهزة إلكترونية مغزلية قائمة على الجرافين. وقد نُشرت نتائج البحث ذات الصلة، بعنوان "علامات المغناطيسية في أشرطة نانوية من الجرافين المتعرجة مدمجة في شبكة نيتريد البورون السداسي"، في المجلة الأكاديمية المرموقة. "مواد الطبيعة".

الجرافين، باعتباره مادة ثنائية الأبعاد فريدة، يُظهر خصائص مغناطيسية لإلكترونات المدار p تختلف اختلافًا جوهريًا عن الخصائص المغناطيسية الموضعية لإلكترونات المدار d/f في المواد المغناطيسية التقليدية، مما يفتح آفاقًا بحثية جديدة لاستكشاف المغناطيسية الكربونية النقية. يُعتقد أن أشرطة الجرافين النانوية المتعرجة (zGNRs)، التي يُحتمل أن تمتلك حالات إلكترونية مغناطيسية فريدة قريبة من مستوى فيرمي، تتمتع بإمكانيات هائلة في مجال أجهزة الإلكترونيات الدورانية. ومع ذلك، يواجه الكشف عن مغناطيسية أشرطة الجرافين النانوية المتعرجة (zGNRs) من خلال طرق النقل الكهربائي تحديات متعددة. على سبيل المثال، غالبًا ما تكون الأشرطة النانوية المُجمّعة من الأسفل إلى الأعلى قصيرة جدًا بحيث لا يُمكن تصنيع الأجهزة بشكل موثوق. بالإضافة إلى ذلك، قد يؤدي التفاعل الكيميائي العالي لحواف أشرطة الجرافين النانوية المتعرجة إلى عدم استقرار أو تشويب غير متساوٍ. علاوة على ذلك، في أشرطة الجرافين النانوية الأضيق، قد يُصعّب الاقتران القوي المضاد للمغناطيسية لحالات الحواف الكشف عن إشاراتها المغناطيسية كهربائيًا. تُعيق هذه العوامل الكشف المباشر عن المغناطيسية في أشرطة الجرافين النانوية المتعرجة.

تتميز جسيمات ZGNRs المدمجة في شبكة hBN بثبات أعلى للحافة وتتميز بمجال كهربائي متأصل، مما يخلق ظروفًا مثالية لاكتشاف مغناطيسية جسيمات zGNRs. في الدراسة، استخدم الفريق سيكتيك SNVM في درجة حرارة الغرفة لمراقبة الإشارات المغناطيسية لـ zGNRs مباشرة في درجة حرارة الغرفة.

الشكل 1: القياس المغناطيسي لـ zGNR المضمن في شبكة نيتريد البورون السداسية باستخدام مسح مجهر النيتروجين الشاغر

في قياسات النقل الكهربائي، أظهرت ترانزستورات zGNR المصنّعة بعرض 9 نانومتر تقريبًا موصلية عالية وخصائص نقل باليستية. تحت تأثير مجال مغناطيسي، أظهر الجهاز مقاومة مغناطيسية متباينة الخواص ملحوظة، مع تغير في المقاومة المغناطيسية يبلغ حوالي 175 Ω عند 4 كلفن، ونسبة مقاومة مغناطيسية تبلغ حوالي 1.3%، واستمرت هذه الإشارة حتى في درجات حرارة تصل إلى 350 كلفن. لم يُلاحظ التباطؤ إلا تحت مجال مغناطيسي عمودي على مستوى ترانزستورات zGNR، مما يؤكد تباينها المغناطيسي. من خلال تحليل تغير المقاومة المغناطيسية مع زاوية الميل، وجد الباحثون أن العزم المغناطيسي عمودي على سطح العينة. علاوة على ذلك، كشف انخفاض المقاومة المغناطيسية مع زيادة انحياز المصدر والمصرف ودرجة الحرارة عن التفاعل بين الاستجابة المغناطيسية ونقل الشحنة والاهتزازات الحرارية.

الشكل 2: خصائص النقل المغناطيسي لأجهزة zGNR بعرض 9 نانومتر المضمنة في hBN

هذا البحث، من خلال الجمع بين مجهر مسح النيتروجين الشاغر أكدت قياسات التكنولوجيا والنقل، لأول مرة، وجود مغناطيسية ذاتية في جسيمات النانو النانوية النانوية المدمجة في نيتريد البورون عالي الكثافة (hBN)، مما يتيح إمكانية التحكم في المغناطيسية عبر مجال كهربائي. لا يقتصر هذا العمل على تعميق فهم الخصائص المغناطيسية للجرافين فحسب، بل يفتح أيضًا آفاقًا جديدة لتطوير أجهزة إلكترونية تدور باستخدام الجرافين.

تجربة نظام التصوير المغناطيسي على نطاق النانو

سيكتيك يدعوك لتجربة مجهر مسح النيتروجين الشاغر (SNVM) - نظام تصوير المجال المغناطيسي النانوي الرائد عالميًا، يعمل في درجات حرارة تتراوح بين 1.8 و300 كلفن مع مجال مغناطيسي متجه يبلغ 9/1/1 تسلا، ويحقق دقة مكانية مغناطيسية تبلغ 10 نانومتر، وحساسية مغناطيسية تبلغ 2 ميكروتسلا/هرتز ^1/2.

SNVM هو جهاز قياس دقيق يجمع بين تقنية الرنين المغناطيسي للكشف البصري عن شغور النيتروجين الماسي (NV) وتقنية التصوير بالمسح المجهري للقوة الذرية (AFM). يتميز الجهاز بدقة مكانية عالية، وتصوير مغناطيسي عالي الحساسية، وقدرات كشف متعددة، ومزايا كشف غير باضع، مما يجعله مهمًا في مجالات مثل توصيف المجال المغناطيسي، والتصوير المضاد للحديد، وتوصيف الموصلات الفائقة، وأبحاث المواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد.