گرافین و مواد دوبعدی: شگفتی های بزرگ در ابعاد کوچک

طی دهه های اخیر با پیشرفت های فناوری، کشف و سنتز مواد در ابعاد کم از جمله گاز الکترونی دوبعدی در سیستم‌های نیم‌رسانا، سیم های کوانتومی، نقاط کوانتومی و … علاوه بر امکان‌های کاربردی‌شان پرسش‌های جدیدی را نیز در حوزه بنیادی با خود همراه داشته اند. ساخت تک لایه‌های اتمی از مواد موسوم به ون‌دروالسی با ساختار لایه‌ای که از گرافین شروع و اکنون به طیف وسیعی از مواد توسعه یافته، نتایج بسیار جالب توجه تجربی و نظری در حوزه های علوم پایه و مشخصا فیزیک ماده چگال با خود داشته است. پرسش‌ها از امکان وجود چنین ساختارهایی شروع شده و به رفتارهای متفاوت الکترونیکی، اپتیکی، مکانیکی و شیمیایی آنها می‌رسد. از اثرات مهم می توان به رفتار شبه نسبیتی برانگیختگیهای کم انرژی در گرافین و مواد به اصطلاح دیراک، خواص مکانیکی بسیار عجیب آن که انعطاف پذیری بالا را در کنار مقاومت بسیار زیاد قرار می دهد، پدیده‌های اپتوالکترونیکی در سیستم‌های دوبعدی از دی‌کلکوجنایدهای فلزات واسطه  و موارد بسیار دیگر اشاره کرد. همچنین به شکل بسیار غیرقابل انتظاری تغییرات هندسی و اعمال کرنش‌ها به اثراتی شبیه به میدان مغناطیسی و یا کلی‌تر میدان‌های پیمانه ای می‌انجامد که حتی برای فیزیکدانهای ذرات بنیادی جالب توجه بوده است. آزمایشهای کنونی با این تغییرات میدان‌های موثر چندصد تسلایی را بدین ترتیب ایجاد کرده‌اند. در دیگر سو نه تنها فیزیک شاختارالکترونی در مقیاس تک‌ذره ای در مواد دوبعدی بسیار جالب توجه بوده، اثرات بس‌ذره‌ای و همبستگیهای الکترونی هم شگفتی‌هایی با خود داشته است. به عنوان نمونه به تازگی ابررسانایی و یا فاز موج چگالی بار و اسپین در تک‌لایه های اتمی دیده‌شده است.

در این صحبت به اختصار موضوعات یاد شده در بالا را با هم به بحث خواهیم نشست و در پایان به بخشی از کارهایی که در حدود یک دهه گذشته درعلوم پایه زنجان در این مورد انجام داده‌ایم اشاره می‌کنم.