يمكن لطبقة رقيقة للغاية من الماس مصنوعة من الجرافين أن تزيد من متانة الأجهزة الإلكترونية

يُعرف الجرافين بقوته الهائلة، رغم أنه لا يتجاوز سمكه ذرة واحدة. فكيف يمكن جعله أقوى؟ بتحويله إلى صفائح من الماس، بالطبع. وقد طوّر باحثون في كوريا الجنوبية طريقة جديدة لتحويل الجرافين إلى أغشية ماسية رقيقة للغاية، دون الحاجة إلى استخدام ضغط عالٍ.

الجرافين والجرافيت والماس جميعها مصنوعة من نفس المادة - الكربون - لكن الفرق بينها يكمن في كيفية ترتيب ذرات الكربون وترابطها. الجرافين عبارة عن طبقة من الكربون بسماكة ذرة واحدة فقط، بروابط قوية بينها أفقياً. أما الجرافيت فيتكون من طبقات من الجرافين متراصة فوق بعضها، بروابط قوية داخل كل طبقة، بينما تكون الروابط بين الطبقات المختلفة ضعيفة. وفي الماس، ترتبط ذرات الكربون بروابط أقوى بكثير في ثلاثة أبعاد، مما ينتج عنه مادة شديدة الصلابة.

عندما تتقوى الروابط بين طبقات الجرافين، يمكن أن يتحول إلى شكل ثنائي الأبعاد من الماس يُعرف باسم ديامان. تكمن المشكلة في أن هذه العملية ليست سهلة عادةً. تتطلب إحدى الطرق ضغوطًا عالية للغاية، وبمجرد إزالة هذا الضغط، يعود الجرافين إلى حالته الأصلية. وقد أضافت دراسات أخرى ذرات الهيدروجين إلى الجرافين، لكن ذلك يُصعّب التحكم في الروابط.

في دراسة جديدة، استبدل باحثون من معهد العلوم الأساسية (IBS) والمعهد الوطني للعلوم والتكنولوجيا في أولسان (UNIST) الهيدروجين بالفلور. وتتلخص الفكرة في أن تعريض طبقة الجرافين الثنائية للفلور يُقرّب الطبقتين من بعضهما، مما يُنشئ روابط أقوى بينهما.

بدأ الفريق بتكوين طبقة ثنائية من الجرافين باستخدام طريقة الترسيب الكيميائي للبخار (CVD) المجربة والموثوقة، على ركيزة مصنوعة من النحاس والنيكل. ثم عرّضوا الجرافين لأبخرة ثنائي فلوريد الزينون. يلتصق الفلور الموجود في هذا المزيج بذرات الكربون، مما يقوي الروابط بين طبقات الجرافين ويخلق طبقة رقيقة للغاية من الماس المفلور، المعروف باسم F-diamane.

تُعدّ هذه العملية الجديدة أبسط بكثير من غيرها، مما يُسهّل توسيع نطاقها نسبياً. ويمكن أن تُسهم الصفائح الرقيقة للغاية من الماس في إنتاج مكونات إلكترونية أقوى وأصغر حجماً وأكثر مرونة، لا سيما كأشباه موصلات ذات فجوة طاقة واسعة.

"تعمل طريقة الفلورة البسيطة هذه في درجة حرارة قريبة من درجة حرارة الغرفة وتحت ضغط منخفض دون استخدام البلازما أو أي آليات تنشيط الغاز، وبالتالي تقلل من إمكانية حدوث عيوب"، كما يقول بافيل ف. باخاريف، المؤلف الأول للدراسة.