نیم رسانای دو بعدی

نیمه رساناهای دوبعدی، دسته ای از نیم رسانا های طبیعی هستند که ضخامت آنها در مقیاس اتمی می باشد. اولین عضو این خانواده که در سال ۲۰۰۴ میلادی توسط آندره گایم و کنستانتین نووسلف کشف گردید، گرافین نام دارد. این ماده، ساختاری تک لایه از اتم های کربن است که دارای آرایش لانه زنبوری ( شش ضلعی منتظم ) می باشند. علت توجه فراوان به این مواد از اینروست که این نیم رساناها از اتصالات پیزوالکتریک ( اثر فشاربرقی ) قوی تری نسبت به مواد در حالت بالک برخوردارند که آنها را به گزینه ای مناسب جهت استفاده در اجزای نانو الکترونیک برای کاربرد در حسگرهاو اکتیویتورها تبدیل می کند. در این حوزه پرکاربرد در فیزیک حالت جامد، در حال حاضر بیشتر تحقیقات بر روی طراحی ادوات نانو الکترونیک با استفاده از گرافن به عنوان ماده ای رسانای الکتریکی، نیترید بور هگزاگونال ( hBN ) به عنوان عایق الکتریکی و دی کالکوژنیدهای فلزات انتقالی به عنوان نیم رسانا متمرکز است. [ ۱]
دو سطح گرافن، ورقه های منفرد از اتمهای کربن است که در یک شبکه شش ضلعی لانه زنبوری قرار گرفته اند. به علت داشتن تنها دو سطح و نداشتن حجم، گرافن نازکترین ماده ممکن است، اما به دلیل پیوندهای اوربیتالی پی و سیگما، ۵ برابر از فولاد مستحکم تر است. گرافن از تحرک الکترونی و هدایت حرارتی بالایی برخوردار است. اگرچه می توان از گرافن در کاربردهای مختلف استفاده کرد، اما یک مشکل در مورد گرافن عدم وجود شکاف انرژی در آن است که به خصوص در مورد ادوات الکترونیکی دیجیتال مشکل ایجاد می کند، زیرا قادر به خاموش کردن ترانزیستورهای اثر میدانی ( FET ) نیست. نانوورقه های سایر عناصر گروه چهار اصلی جدول تناوبی ( Si, Ge, Sn ) خواص ساختاری و الکترونیکی مشابه گرافن را از خود نشان می دهند. [ ۱]
نیترید بور هگزاگونال ( h - BN ) ، که به عنوان «گرافن سفید» نیز شناخته می شود، از نظر ساختاری شبیه گرافیت است و به جای کربن، دارای آرایش لانه زنبوری با اتم های بور و نیتروژن به صورت متناوب است. h - BN دارای شکاف انرژی بالاتری ( ۵/۹۷ الکترون ولت ) نسبت به گرافن است، بنابراین به جای اینکه رفتاری مشابه یک شبه فلز داشته باشد، به عنوان یک عایق عمل می کند. با این وجود، به دلیل داشتن لبه های تیز و زیگزاگی و وجود جای خالی های اتمی، می تواند به عنوان نیم رسانا با قابلیت رسانایی بهبود یافته عمل کند. h - BN به دلیل عایق بودن آن، اغلب به عنوان بستر و سد حفاظتی استفاده می شود. علاوه بر این، h - BN دارای هدایت حرارتی و مقاومت مکانیکی بالایی است؛ بنابراین می توان به دلیل داشتن پایداری شیمیایی و حرارتی، در برابر اسیدها و بازها و هدایت حرارتی بالا، به عنوان نگه دارنده درکاتالیزورهای فلزی از آن استفاده کرد. [ ۱]