موجودیت گرافین در طبیعت — پدیده است که از برکت آن دانشمندان به یافتن طریقه ممکن در قوانین فزیک موفق شدند و پارچه دو بُعدی اتمی را مجبور ساختند که مانند ماده سه بُعدی عمل نماید. تحقیقات نو و نوتر موارد مفید استعمال این ماده را کشف میکنند و پیشگویی ها بسیار امیدوارکننده می باشند: ثابت شده که گرافین را میتوان برای استحصال مقدار بی پایان انرژی استفاده کرد.
کشف تصادفی
تیم فزیک دانان، تحت رهبری محققان از پوهنتون ارکنزاس، کشف را کاملاً تصادفی انجام داد. در ابتدا هدف آزمایشات آنها مطالعه اهتزاز گرافین بود — اما برای چه؟
همه ما با گرافیت دانه دار آشنا هستیم که معمولاً یکجا با اجزای سیرامیک برای ساختن سیاهی پنسل استفاده میشود. خط سیاه که بعد از کشیدن سیاهی پنسل بروی کاغذ می ماند — این، در واقع، ورقه های باریک اتم های کاربن اند که به آسانی بر روی یک دیگر می لخشند. در جریان سالیان دراز فزیک دانان این سوال را مطرح میکردند: آیا میتوان چنین ورقه را جدا ساخت و آن را به سطح مستقل دو بُعدی مبدل ساخت؟
در سال 2004 فزیک دانان پوهنتون مانچیستر به این کار موفق شدند. برای آن که ورقه ها از همدیگر جدا وجود داشته باشند، ورقه های اتم های کاربن باید مثل ماده سه بُعدی عمل نماید، تا ثبات لازم را تامین کند. معلوم گردید که طریقه ممکن در این صورت مخلوط ساختن اتم های متحرک است که به گرافین خواص بُعد سومی میدهد. به عباره دیگر، گرافین هیچگاهی 100% مسطح نبود — این ماده به سطح اتم ها طوری اهتزاز میکرد، تا رابطه های آن دچار فروپاشی ناگهانی نشوند.
بصورت مشخص برای آن، تا سطح این تغییر محل و اهتزاز را اندازه گیری کرد، فزیک دان پول تیبادو چندی قبل رهبری گروپ اسپیرانتان را بر دوش گرفت و با آنها تحقیقات کاملاً ساده انجام داد. دانشمندان ورقه گرافین را روی شبکه خاص مس قرار دادند و تغییرات در موقعیت اتم ها را توسط میکروسکوپ مشاهده میکردند. ولی معلوم نبود که چرا ارقام با مودل های متوقعه مطابقت نداشتند. برعلاوه این، بعد از هر آزمایش معلومات از هم متفاوت بود.
گرافین به مثابه منبع انرژی
تیبادو در مورد انجام تجربه در جهت دیگر فیصله نمود و جهت یافتن شبلون مناسب تلاش نمود و برای این کار شیوه تحلیل معلومات را تغییر داد. محققان هر تصویر را که در جریان اندازه گیری بدست آمده بود، به تصویرهای فرعی جدا کردند. این استراتیژی درست ثابت گردید: منظره بزرگ مقیاس امکان مطالعه قانونمندی های حرکت اتم ها را فراهم نمی ساخت، ولی تحلیل اجزای آن در نتیجه امکان معلوم نمودن چیزی بسیار دلچسپ را میسر ساخت. فکر میشد که ورقه های گرافین مطابق همان اصل حرکت میکردند، طوریکه ورقه های انحنا یافته آن حرکت میکنند — ولی این فرضیه جعلی ثابت شد.
معلوم گردید که کار اصلاً به پروازهای به اصطلاح لیوی — شبلون های اهتزازات کوچک تصادفی، مربوط می باشد که با بیجاشدن های ناگهانی و شدید توام می باشند. سیستم های مشابه قبلاً در سیستم های بیولوژیکی و اقلیمی مشاهده میشدند، ولی فزیک دانان آنها را به مقیاس اتمی برای اولین بار مشاهده کردند. تیبادو فرض کرد که از اندازه گیری سرعت و مقیاس این امواج گرافینی میتوان برای استحصال انرژی از محیط ماحول استفاده کرد.
تا زمانیکه درجه حرارت محیط مانع نقل مکان «راحت» اتم های گرافین نسبت به یکدیگر میگردد، تکان ها و انحنا یافتن آنها ادامه می یابد. در هردو طرف سکشن چنین گرافین الکترودها جابجا کنید — جنراتور کوچک بدست می آید. طبق محاسبات، گراف به اندازه 10 در 10 میکرون گرافین طاقت 10 میکرووات دارا می باشد. با درنظرداشت اینکه در سوراخ سوزن 20000 مربعات کامل جابجا شده میتوانند، چنین «ستیشن برق» آنقدر خاطره انگیز معلوم نمی شود. ولی چنین طاقت با درجه حرارت اتاق کافی خواهد بود، تا انرژی گاجیت کوچک — بطور مثال، ساعت بند دستی الکترونی، را تامین کند. این نقطه نیز جالب است که در آینده چنین شیوه استحصال انرژی میتواند به ایجاد پیوندهای بیولوژیکی که به بطری های بزرگ نیاز ندارند، منجر گردد.
