این تیم پژوهشی «اثرات فلوکه» را در گرافن مشاهده کرده و راه را برای فناوریهای نوآورانه جدید هموار کرده است.
گرافن یک ماده شگفتانگیز و «معجزهآسا» است که از یک لایه به ضخامت یک اتم از اتمهای کربن با اتصال محکم تشکیل شده است. این ماده هم پایدار و هم بسیار رساناست. همین ویژگیها آن را برای فناوریهای بسیاری از جمله صفحههای انعطافپذیر، حسگرهای حساس، باتریهای با کارایی بالا و سلولهای خورشیدی پیشرفته ارزشمند میسازد.
پژوهش جدیدی که توسط دانشگاه گوتینگن با همکاری تیمهایی در براونشوایگ و برمن در آلمان و همچنین فریبورگ در سوئیس انجام شده، نشان میدهد که گرافن ممکن است حتی از آنچه پیشتر تصور میشد نیز کاربردیتر باشد.
محققان برای اولین بار «اثرات فلوکه» (Floquet effects) را مستقیماً در گرافن شناسایی کردهاند. این یافته به یک پرسش دیرینه پاسخ میدهد: «مهندسی فلوکه» – رویکردی که از پالسهای نوری دقیق برای تنظیم ویژگیهای یک ماده استفاده میکند – میتواند برای مواد کوانتومی فلزی و نیمهفلزی مانند گرافن نیز به کار رود. این پژوهش در مجله Nature Physics منتشر شده است.
مشاهده حالات فلوکه
این تیم با استفاده از روشی موسوم به «میکروسکوپ ممان فمتوثانیه»، حالات فلوکه را در گرافن بررسی کرد. در این رویکرد، ابتدا ماده با پالسهای نوری بسیار سریع تحریک میشود و سپس با پالس نوری دومی که با اندکی تأخیر میرسد، مورد بازبینی قرار میگیرد. این زمانبندی به دانشمندان اجازه میدهد تا تغییرات سریعی را که در داخل ماده رخ میدهد، دنبال کنند.
دکتر مارکو مربولت، فیزیکدان دانشگاه گوتینگن و نویسنده اصلی این پژوهش، توضیح میدهد: «اندازهگیریهای ما به وضوح ثابت میکند که «اثرات فلوکه» در طیف نشر نوری (photoemission) گرافن رخ میدهد. این امر روشن میسازد که مهندسی فلوکه واقعاً در این سیستمها کار میکند و پتانسیل این کشف بسیار عظیم است.»
این مطالعه نشان میدهد که مهندسی فلوکه در بسیاری از مواد کاربرد دارد. این یعنی هدف طراحی مواد کوانتومی با ویژگیهای مشخص – آن هم با پالسهای لیزر و در زمانی بسیار کوتاه – در حال نزدیکتر شدن است.
به سوی فناوریهای آینده
سازگار کردن مواد به این روش برای کاربردهای خاص میتواند پایه و اساس فناوریهای الکترونیک، کامپیوتر و حسگرهای آینده را شکل دهد.
پروفسور مارسل رویتزل، که این پژوهش را در گوتینگن به همراه پروفسور استفان ماتیاس رهبری کرده، میگوید: «نتایج ما راههای جدیدی را برای کنترل حالات الکترونیکی در مواد کوانتومی با استفاده از نور باز میکند. این امر میتواند به فناوریهایی منجر شود که در آنها الکترونها به شیوهای هدفمند و کنترلشده دستکاری میشوند.»
رویتزل میافزاید: «نکتهای که بهویژه هیجانانگیز است، این است که این روش به ما امکان بررسی ویژگیهای توپولوژیکی را نیز میدهد. اینها خواص ویژهای هستند که بسیار پایدارند و پتانسیل بالایی برای توسعه کامپیوترهای کوانتومی قابل اعتماد یا حسگرهای جدید برای آینده دارند.»
منبع: “Floquet states in graphene revealed at last” by Julien Madéo, and Keshav M. Dani, 19 June 2025, Nature Physics.DOI: 10.1038/s41567-025-02939-0
این پژوهش با حمایت بنیاد پژوهش آلمان (DFG) از طریق مرکز تحقیقات مشترک دانشگاه گوتینگن با عنوان «کنترل تبدیل انرژی در مقیاسهای اتمی» امکانپذیر شد.