กราฟีนบิดเบี้ยว: อาจเป็นแหล่งกำเนิดของพลาสมอนเสียง

กราฟีนบิดเบี้ยว: อาจเป็นแหล่งกำเนิดของพลาสมอนเสียง

กราฟีน วัสดุที่ได้รับการขนานนามว่าเป็น "วัสดุมหัศจรรย์" ด้วยคุณสมบัติที่น่าทึ่งมากมาย ไม่ว่าจะเป็นความแข็งแกร่ง น้ำหนักเบา และการนำไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม กลับมาสร้างความตื่นเต้นให้กับวงการวิทยาศาสตร์อีกครั้ง เมื่อนักวิจัยค้นพบว่า กราฟีนที่ถูก "บิด" ให้เกิดมุมองศาที่เฉพาะเจาะจง สามารถแสดงคุณสมบัติพิเศษที่ไม่เคยพบเห็นมาก่อน หนึ่งในนั้นคือ ความสามารถในการเป็นแหล่งกำเนิดของ "พลาสมอนเสียง" (Acoustic Plasmon) ซึ่งอาจนำไปสู่การปฏิวัติวงการอิเล็กทรอนิกส์ในอนาคต

กราฟีนบิดเบี้ยว: มุมองศาที่สร้างความแตกต่าง

กราฟีนบิดเบี้ยว (Twisted Graphene) คือ กราฟีนสองชั้นที่วางซ้อนกัน โดยที่ชั้นบนถูก "บิด" ให้เกิดมุมองศาที่แตกต่างจากชั้นล่าง ซึ่งมุมองศาที่เกิดขึ้นนี้เอง ที่เป็นกุญแจสำคัญที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ที่น่าสนใจมากมาย

งานวิจัยในปี 2018 โดยทีมนักวิจัยจาก MIT นำโดย Pablo Jarillo-Herrero ได้แสดงให้เห็นว่า เมื่อกราฟีนสองชั้นถูกบิดด้วยมุมองศาที่แม่นยำที่ 1.1 องศา (เรียกว่า มุมมหัศจรรย์ หรือ Magic Angle) กราฟีนจะเปลี่ยนจากวัสดุที่นำไฟฟ้าได้ดี กลายเป็นวัสดุที่มีสมบัติเป็นทั้งตัวนำไฟฟ้าและฉนวนในเวลาเดียวกัน ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "ฉนวน Mott" (Mott Insulator)

พลาสมอนเสียง: คลื่นเสียงในโลกของอิเล็กตรอน

พลาสมอนเสียง (Acoustic Plasmon) คือ การสั่นสะเทือนของอิเล็กตรอนบนพื้นผิวของวัสดุ ที่มีความถี่อยู่ในช่วงคลื่นเสียง (Acoustic) ซึ่งแตกต่างจากพลาสมอนแสง (Optical Plasmon) ที่มีความถี่อยู่ในช่วงคลื่นแสง

พลาสมอนเสียงเป็นปรากฏการณ์ที่น่าสนใจ เนื่องจากสามารถนำพลังงานและข้อมูลได้อย่างมีประสิทธิภาพในระยะทางที่ไกลกว่าพลาสมอนแสง จึงถูกจับตามองว่าอาจเป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์รุ่นใหม่ ที่มีขนาดเล็กลง เร็วขึ้น และใช้พลังงานน้อยลง

กราฟีนบิดเบี้ยว: แหล่งกำเนิดพลาสมอนเสียงแห่งอนาคต?

งานวิจัยล่าสุดชี้ให้เห็นว่า กราฟีนบิดเบี้ยว อาจกลายเป็นแหล่งกำเนิดพลาสมอนเสียงที่มีประสิทธิภาพสูง ยกตัวอย่างเช่น งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Physics ในปี 2020 โดยทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Columbia พบว่า กราฟีนบิดเบี้ยวที่มุมองศา 2.1 องศา สามารถกักขังพลาสมอนเสียงได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยพลาสมอนเสียงที่เกิดขึ้นจะมีความยาวคลื่นที่สั้นมากเพียงไม่กี่นาโนเมตร ซึ่งสั้นกว่าความยาวคลื่นของแสงที่ตามองเห็นได้หลายพันเท่า

การค้นพบนี้ถือเป็นก้าวสำคัญที่อาจนำไปสู่การประยุกต์ใช้พลาสมอนเสียงในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในอนาคต ตัวอย่างเช่น

• การพัฒนาทรานซิสเตอร์ชนิดใหม่ ที่ใช้พลาสมอนเสียงในการควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้า ซึ่งจะมีขนาดเล็กลง เร็วขึ้น และใช้พลังงานน้อยลงกว่าทรานซิสเตอร์แบบเดิม
• การพัฒนาเซ็นเซอร์ที่มีความไวสูง ในการตรวจจับโมเลกุลและสารเคมีต่างๆ ในระดับที่เล็กมากๆ
• การพัฒนาเทคโนโลยีการสื่อสารข้อมูลแบบใหม่ ที่ใช้พลาสมอนเสียงในการส่งข้อมูลด้วยความเร็วสูงและใช้พลังงานต่ำ

ความท้าทายและโอกาสในอนาคต

แม้ว่าการค้นพบเกี่ยวกับพลาสมอนเสียงในกราฟีนบิดเบี้ยวจะสร้างความตื่นเต้นให้กับวงการวิทยาศาสตร์ แต่ยังคงมีงานวิจัยอีกมากมายที่ต้องทำเพื่อให้เข้าใจปรากฏการณ์นี้อย่างลึกซึ้ง และพัฒนาไปสู่การประยุกต์ใช้จริง

หนึ่งในความท้าทายสำคัญ คือ การพัฒนาวิธีการผลิตกราฟีนบิดเบี้ยวที่มีคุณภาพสูงในระดับอุตสาหกรรม รวมถึงการควบคุมมุมองศาของกราฟีนให้มีความแม่นยำในระดับสูง เพื่อให้ได้คุณสมบัติที่ต้องการ

อย่างไรก็ตาม ด้วยศักยภาพอันมหาศาลของพลาสมอนเสียง และความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วของงานวิจัยด้านวัสดุศาสตร์ เชื่อว่าในอนาคตอันใกล้นี้ เราอาจได้เห็นการปฏิวัติวงการอิเล็กทรอนิกส์ครั้งใหม่ ที่มีกราฟีนบิดเบี้ยวเป็นหัวหอกสำคัญในการขับเคลื่อนเทคโนโลยีแห่งอนาคต

#กราฟีน #พลาสมอนเสียง #วัสดุศาสตร์ #อิเล็กทรอนิกส์