Το Νόμπελ, το γραφένιο, η Νανοτεχνολογία και οι ερευνητές του ΙΤΕ

Της Κατερίνας Μυλωνά
 

Η ανακάλυψη του Γραφενίου, δηλαδή του πρώτου υλικού πάχους ίσου με αυτό του ενός ατόμου άνθρακα, ανακάλυψη η οποία τιμήθηκε με το Νόμπελ Φυσικής το 2010, έφερε επανάσταση και άνοιξε το δρόμο για ένα νέο επιστημονικό πεδίο της Νανοτεχνολογίας, αυτό των διδιάστατων υλικών. 

Τα ηλεκτρόνια σε ορισμένα διδιάστατα υλικά μπορούν να υπάρχουν σε δύο διακριτές καταστάσεις, γνωστές ως «κοιλάδες» (valleys), που διαδραματίζουν κεντρικό ρόλο στην ανάπτυξη της επόμενης γενιάς ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. 

Υπό κανονικές συνθήκες οι δύο διαφορετικές καταστάσεις –που ωστόσο έχουν την ίδια ενέργεια– φιλοξενούν τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων. Η συμμετρία αυτή μπορεί να διαταραχθεί όταν το διδιάστατο υλικό αλληλεπιδράσει με ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που ταλαντώνεται με συγκεκριμένο τρόπο και τότε είναι δυνατή η αποθήκευση πληροφορίας που μεταφράζεται σε ανισότητα των πληθυσμών σε διαφορετικές κοιλάδες. Η μέτρηση του βαθμού αυτής της ανισοτροπίας επετεύχθη πρόσφατα για πρώτη φορά στο Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ (ΙΗΔΛ) του ΙΤΕ από την ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Διευθυντή Ερευνών  Εμμανουήλ Στρατάκη.

Την ερευνητική ομάδα συμπληρώνουν ο Καθ. του τμήματος Επιστήμης και Τεχνολογίας Υλικών του Πανεπιστημίου Κρήτης και συνεργαζόμενο μέλος του ΙΗΔΛ Γιώργος Κιοσέογλου, οι μεταδιδακτορικοί ερευνητές Λεωνίδας Μουχλιάδης και Σωτήρης Ψιλοδημητρακόπουλος, οι υποψήφιοι διδάκτορες Ιωάννα Δεμερίδου, Γιώργος Μαραγκάκης και Γιώργος Κουρμουλάκης, καθώς και ο τεχνικός έρευνας Ανδρέας Λεμονής. 

 

Χρησιμοποιώντας μεθόδους απεικόνισης βασισμένες στη μη-γραμμική μικροσκοπία γέννεσης δεύτερης αρμονικής εξαρτώμενης από την πόλωση, οι ερευνητές του ΙΤΕ κατάφεραν να αντιστοιχήσουν την αλλαγή στον πληθυσμό των ηλεκτρονίων σε διαφορετικές κοιλάδες, με την κατάσταση του παραγόμενου φωτός από διδιάστατους κρυστάλλους μετά την αλληλεπίδρασή τους με υπερβραχείς παλμούς λέιζερ. Οι μεταβολές αυτές παρατηρήθηκαν στα δείγματα που παρασκευάστηκαν και χαρακτηρίστηκαν εξ ολοκλήρου στο ΙΤΕ, με αύξηση της θερμοκρασίας από αυτή του υγρού αζώτου μέχρι τη θερμοκρασία δωματίου. 

Η ανακάλυψη αυτή αναμένεται να συνεισφέρει σημαντικά στην ανάπτυξη μιας νέας γενιάς ηλεκτρονικών διατάξεων με βάση τα διδιάστατα υλικά. Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο έγκριτο περιοδικό του εκδοτικού οίκου Springer Nature, 2D Materials and Applications (L. Mouchliadis, S. Psilodimitrakopoulos, I. Demeridou, G. M. Maragkakis, G. Kourmoulakis, A. Lemonis, G. Kioseoglou and E. Stratakis,  “Probing valley population imbalance in transition metal dichalcogenides via temperature-dependent second harmonic generation imaging” npj 2D Materials & Applications (2021) https://rdcu.be/cc1Kb).