خیلی وقته که می­خوام در مورد گرافن­ها بنویسم، امروز تونستم این کار را بکنم. به اندازه اطلاعات عمومی بیشتر نیست، اما امیدوارم جالب باشه. بیشتر مطالب را از اینجا ترجمه کردم.

گرافن اصلاحی هست که به نوارهای بسیار نازکی از تک لایه­های گرافیت گفته می­شود. ویژگی­های الکتریکی گرافن­ها بسیار شبیه نانوتیوب­های کربنی هست (در واقع هر نانولوله­ی کربنی یک گرافن رول شده است). گرافن­ها از خواص رسانشی فوق العاده­ای برخوردارن و به همین دلیل نامزد نسل آینده­ی ترانزیستورهای سرعت بالا هستند.

در مقابل سیلیکون - که ماده مصرفی کنونی در مدارهای الکتریکی هستند- گرافن یک ضعف بزرگ دارد. در سیلیکون کلید روشن و خاموش (رسانش و عدم رسانش در جهات مختلف) بسیار دقیق عمل می­کند، یعنی مقدار رسانش آن در حالت روشن، نسبت به خاموش آن بالاست. در گرافن­ها اما این نسبت پایین است. یعنی در وضعیت خاموش هم ساختار گرافن مقدار قابل توجهی جریان را از خودش عبور می­دهد. این نسبت حدود 30 به 1 برای گرافن است. اولین و ساده­ترین اثری که این پدیده می­تواند داشته باشد این است که نسبت پارازیت به سیگنال و اتلاف انرژی در مدارها بالا برود تا حدی که استفاده از گرافن به صرفه نباشد.

این نسبت در رسانش گرافن­ها را می­توان با کاهش عرض گرافن­ها تا ابعاد نانومتری بالا برد. یکی از آخرین تلاش­هایی که برای این کار انجام شده بسیار جالب هست که توسط پروفسور دای Dai از دانشگاه استنفورد ارایه شده است. او مولکول­های اسید نیتریک و سولفوریک را به روش شیمیایی در بین ساختار یک ذره  (flake) کربنی نشاند. سپس این سیستم را با نرخ حرارتی بالا گرم کرد. طی این گرمایش مولکول­های اسید بخار می­شوند و ساختار ذره کربنی نیز از هم متلاشی می­شود، درست مثل یک انفجار در ابعاد کوچک. نتایج این روش خیلی جالب توجه است. گرافن ها با طول چند میکرومتر و عرض کمتر از ده نانومتر به دست آمده­اند. نسبت رسانش آنها نیز به 100000 رسیده است.

 تصویر زیر مربوط به یک صفحه گرافن اشباع شده با اتم های هیدروژن هست.

من پرنده ای شدم

که خواست و  نشد ...

 .

.

.

جایی میان همین شب ها نوشتم:

من دلم می­خواهد

که گلی باشد

و هوایی

که تنفس بکنم

من دلم می­خواهد

آفتابی باشد

و دو چشمی

که بدانم می­بینند

من دلم می­خواهد

خبری باشد

نزدیک

من دلم سخت گرفته است امشب

نه گلی و

نه نگاهی

خبری نه

نه هوایی

خیلی وقته اینجا چیزی ننوشتم. این را گذاشتم که بدانم   هستم... کجا ؟؟ ...احساس می­کنم هنوز هم اواسط اواخر اوایل ام هستم...

در ایستگاه مترو

انتظار

و ساعت­هایی که مدام

سربه سرش می­گذارند

درخت­های ذوق­زده­ای

که درکمتر از سه ماه

هجده ساله شده­اند

اکنون          اجازه دارند

رازهای بیست و پنج سالگی اش را

تماشا کنند

آسمانی آبی­تر

سایه شفاف درختی

که با دهانی باز

میهمان­های ناخوانده­اش را برانداز می­کند

و کلمات دست­پاچه­ای که

که گویا از پشت کوه آمده­اند

و خوشبختانه           نگاه­هایی

که هر دانشی را تعمید می­دهند

خنده­هایی که از شعاع آفتاب عروج می­کنند

گنجشکی

که آرام چیزی زمزمه می­کند

و ساندویچی

که حرف­های او را ترجمه می­کند

شکلاتی که تمام طول راه  بازیگوشی می­کند

و دوست دارد مهربانی را نقاشی کند

و باز ایستگاه مترو

دست­هایی

که چندبار دلواپسی می­کنند

...

آری       «زندگی شاید همین باشد»

پیشاپیش به همه دوستان سال نو رو تبریک می­گم. برای همه آرزوی سالی خوب دارم.

«با دست­هایی برافراشته به سوی تو ای مزدا با فروتنی تمام خواستارم که بهره­ای از خرد مقدس خود را به من عطا فرمایی تا به همراهی درستی کردار و ضمیر پاک بتوانم خوشبختی روان آفرینش را فراهم سازم.»          

                                                                                   یسنا/سرود یکم/هات28

برای دوست عزیزی که به ما یاد داد چیزی را که نمی­دانیم نگوییم و چیزی را که می­دانیم با احتیاط بگوییم.

حوصله می­کنم

و آرام

با ماه

تا شب چارده می­روم

او یک ریز صحبت می­کند

من گوش می­دهم

دوستش دارم

وقتی صادقانه می­گوید

نمی­دانم

یا هیجان­زده می­پرسد

می­دانستی؟

با خودم قدم می­زنم. چه عصر ساکتی. صدای باد. آسمان آبیه آفتابی. صدای زنبورها. صدای خودمو می­شنوم. وقتی زیاد با خودت زمزمه می­کنی، صدای خودتو می­شنوی. سکوت. من آرام زمزمه می­کنم...

... ما در پیاله عکس رخ یار...    ای بی خبر... // روزگاریست که ما را نگرا... // اینان مگر ز رحمت محض آفریده­... // خوش است عمر دریغا که...     پس اعتماد بر این روزگار... // کفش­هایم... // نفس بر آمدو کام از تو بر... // آن یار کزو خانه ما... // سر ارادت ما آستان... // ...لحظه­ای چند بر این آب... // ...که هنوز من نبودم که تو در... //  دوش چه خورده­ای...     راست بگو نهان... // عمریست تا من در طلب... // ...ولی افتاد مشکل­... // ... جریده رو که گذرگاه عافیت... // تورا می­بینم هردم... // ...ولی الذین امنوا... // ... به هوش بودم از اول...// بوی بارااان... // ... که از وجود تو مو... // ...روز و شب عربده با خلق خد... // ... نهان ز چشم سکندر چو آ... // ... دل سراپرده­ی...     دیده آیینه دا... //  دلا به هو... // ...از خاک بیشتر نه، که از خاک... // ...و ان یکاد... // ...سر ز کویت برندا... // می­روم وز سر حسرت... // همای اوج سعاد... // نه چنان گناه کارم ... // ای در چمن خوبی... // یارب مباد آنکه... // ...اگر تو دوستی... // مجال روی تو ... // ...که به شوخیش... // هر چه کنی... // شاه نشین... // نفس خروس ... // ما شبی دست... // گر به تو ...

سایه مرغ گذشت. ... چای سرد شد. بازم نفهمیدم چقدر طول می کشه که یه استکان چای داغ سرد بشه؟ ممکنه هیچ وقت نفهمم؟ ... شاید ...

اگر کمی به فضا علاقه دارید، پس به سایت ناسا سر می­زنید.

من گاهی به این سایت نگاه می کنم. چیزای جالبی هست. به خصوص مجموعه عکس­ها و فیلم ها. دوست داشتنی و آموزنده است. شما هم ببینید.

تصور فضای بیرون برای من آرامش بخشه، گاهی که احساس گم­شدگی می­کنم.

در پست قبل گفتم که شبیه­سازی سیستم­های با بیش از چند ده هزار ذره به روش دینامیک مولکولی با تجهیزات رایانه­ای معمول بسیار زمان­بر هست و برای سیستم­های بزرگتر به صرفه نیست. خوب همه ما می­دونیم که چند ده هزار اتم تنها یک ذره چند نانومتری است. پس برای سیستم­های بزرگ یا توده، bulk، چه می­توان کرد؟

برای حل این مشکل از شرایط مرزی متناوب، periodic boundary condition، استفاده می­شود. در این شرایط یک سیستم حاوی N اتم در یک مکعب را در نظر بگیرید. اتم­های سطحی این سیستم به علت وضعیتی که دارند رفتار خاصی دارند. و همین تفاوت اصلی سیستم­های کوچک با سیستم­های بزرگ است. حال تصور کنید که اطراف این مکعب را با 26 مکعب مشابه دیگر بپوشانیم. در این صورت مشکل برای سیستم اولیه حل خواهد شد. سوال که پیش می­آید این است که پس سطوح جدید چه؟ جواب این است که سطوح جدیدی وجود ندارد. و در واقع آن 26 مکعب وجود ندارند و تنها کپی مجازی از سیستم اولیه هستند. به این ترتیب اثر سطح حذف می­شود. اگر اتمی از یکی از وجوه مکعب خارج شود، از سمت دیگر وارد مکعب می­شود. دقیقن مانند یه بازی آتاری که من به خاطر دارم وقتی شخصیت بازی از سمت راست خارج می­شد، از سمت چپ تصویر وارد صفحه تلویزیون می­شد و برعکس. به کمک این شرایط مرزی سیستمی شبیه­سازی خواهد شد که رفتار مشابه سیستم بزرگ یا توده را خواهد داشت.

برای اعمال شرایط مرزی متناوب می­بایست ظرفی انتخاب کرد که فضا پر کن باشد یعنی از کنار هم قرار دادن کپی­های آن در کنار هم  فضا کاملن پر شود. مانند مربع، مستطیل و شش ضلعی در فضای دوبعدی و مکعب، مکعب مستطیل و یک هشت­وجهی ناقص در فضای سه بعدی. و به علاوه می­بایست بتوان با یک انتقال بدون دوران کپی آنها را کنار هم چید (چرا؟)

اندازه ظرف شبیه­سازی نیز محدودیتی دارد. و حداقل آن این است که یک ذره در سلول اصلی با کپی خودش در سلول­های کپی همسایه برهمکنش نداشته باشد. درباره اینکه در چه فاصله­ای دو ذره دیگر برهمکنشی با هم ندارند در پست دیگری توضیح می­دهم.

در یکی از پست­های قبل ، مقدمه­ای درباره روش شبیه­سازی دینامیک مولکولی نوشتم. فرایندی که در هسته مرکزی محاسبات یک برنامه شبیه­سازی دینامیک مولکولی تکرار می­شه عبارت است از

نیروی بین ذرات > شتاب ذرات > سرعت ذرات > موقعیت جدید ذرات

به کمک اطلاعاتی که درمورد موقعیت و سرعت ذرات در لحظه t داریم و با طی پروسه فوق اطلاعات مربوط به لحظه t+dt را به دست می­آوریم. با مشتق گیری از پتانسیل بین اتمی، رابطه نیرو به دست می­آید. و از آن به بعد از مکانیک نیوتونی استفاده می­شود.

ساده ترین و پرکاربردترین پتانسیل که برای ذرات اتمی به کار می­رود به نام پتانسیل لنارد-جونز معروف هست. منظور از پتانسیل، رابطه­ای است که بین انرژی دو ذره و فاصله بین آنها برقرار است. چون این انرژی، انرژی پتانسیل سیستم مورد نظر (دو ذره) است به آن پتانسیل می­گوییم. رفتار سیستمی که از این پتانسیل تبعیت می­کند شبیه به گازهای نجیب سبک مثل آرگون است. اینجا می­توانید در مورد این پتانسیل بیشتر بخوانید و نمودار آن را ببینید.

برای بررسی خواص و ویژگی­های مواد و یا برای مقایسه مواد، استفاده از پتانسیل های پیچیده تری مورد نیاز است تا معرف کامل ماده مورد نظر باشد. اما اگر بخواهیم موضوعاتی کلی مثل آنتروپی و رابطه آن با دمای یک سیستم یا هندسه عبور گاز از یک حفره کوچک را بررسی کنیم، پتانسیلی مانند پتانسیل لنارد-جونز مناسب و مفید است.

ساده­گی پتانسیل از زمان شبیه­سازی می­کاهد و این بسیار مهم هست.

تصور کنید N اتم در سیستم وجود داشته باشد. اگر بخواهیم تا برهمکنش این اتم و N-1 دیگر را بدانیم، به ازای هر dt که به پیش می­رویم باید N(N-1)/2 محاسبه­ی نیرو انجام دهیم! و بنابراین هرچه پتانسیل ساده­تری داشته باشیم بهتر است.

به این ترتیب به نظر می­آید به این زودی­ها نمی­توان حتی یک قطره آب (چیزی حدود 3*10e23 مولکول) را شبیه­سازی کرد!؟ اما راه­های دیگری هم برای حل این مشکل هست که در پست بعدی در مورد آن می­نویسم.