نانولوله‌های کربنی می‌توانند از فضاپیماها در برابر تشعشعات کیهانی محافظت کنند

پژوهشگران دانشگاه "ام‌.آی.تی" در بررسی جدید خود نشان داده‌اند که به کار بردن نانوله‌های کربنی می‌تواند از فضاپیماها در برابر تشعشعات کیهانی محافظت کند و محدودیت اکتشافات فضایی را از بین ببرد.

به گزارش واحد حبر مرکز مطالعات و پژوهش های فلکی نجومی به نقل از ایسنا و به نقل از نانومگزین، ماموریت‌های فضایی مانند "اوریون"(Orion) ناسا که قرار است فضانوردان را به مریخ ببرند، محدودیت‌های اکتشافات انسانی را برطرف خواهند کرد اما فضاپیماها هنگام ماموریت خود، با جریان مستمری از تشعشعات مخرب کیهانی روبرو می‌شوند که می‌توانند به تجهیزات الکترونیکی درون آنها آسیب برسانند یا حتی آنها را از بین ببرند. گروهی از پژوهشگران دانشگاه "ام‌.آی.تی"(MIT) در بررسی جدیدی نشان داده‌اند که می‌توان ترانزیستورها و مدارهای مجهز به نانولوله‌های کربنی را طوری پیکربندی کرد که ویژگی‌های الکتریکی و حافظه خود را پس از بمباران تشعشعات حفظ کنند.

طول عمر و مسافت ماموریت‌های فضایی عمیق در حال حاضر به بهره‌وری انرژی و استحکام فناوری که آنها را هدایت می‌کند، محدود شده است. به عنوان نمونه، تشعشعات شدید فضایی می‌توانند به تجهیزات الکترونیکی آسیب برسانند و به بروز اختلال در داده‌ها منجر شوند یا حتی رایانه‌ها را به طور کامل خراب کنند. یکی از راه حل‌های احتمالی، گنجاندن نانولوله‌های کربنی در قطعات الکترونیکی پرکاربرد مانند "ترانزیستورهای اثر میدان"(FET) است. انتظار می‌رود این لوله‌ها که ضخامت یک اتم را دارند، ترانزیستورها را در مقایسه با نسخه‌های مبتنی بر سیلیکون، کارآمدتر کنند.

در اصل، اندازه فوق‌العاده کم نانولوله‌ها می‌تواند به کاهش اثر تشعشعات هنگام برخورد به تراشه‌های حافظه حاوی این مواد کمک کند. با وجود این، تحمل تابش برای ترانزیستورهای اثر میدان نانولوله کربنی، به طور گسترده مورد بررسی قرار نگرفته است. بنابراین، "پریتپال کانهایا"(Pritpal Kanhaiya) و "مکس شولاکر"(Max Shulaker)، پژوهشگران دانشگاه ام‌.آی.تی و همکارانشان تلاش کردند تا بفهمند که آیا می‌توانند این نوع ترانزیستور اثر میدان را برای مقاومت در برابر تشعشعات بالا مهندسی کنند و تراشه‌های حافظه را بر اساس این ترانزیستورها بسازند.

پژوهشگران برای انجام دادن این کار، نانولوله‌های کربنی را به عنوان لایه نیمه رسانا روی یک ویفر سیلیکونی در ترانزیستورهای اثر میدان قرار دادند. سپس، پیکربندی‌های متفاوت ترانزیستور را با سطوح گوناگون محافظ تشکیل شده از لایه‌های نازک اکسید هافنیم، تیتانیوم و پلاتین در اطراف لایه نیمه‌رسانا آزمایش کردند.

پژوهشگران دریافتند که قرار دادن محافظ‌ها هم روی نانولوله‌های کربنی و هم زیر آنها، از ویژگی‌های الکتریکی ترانزیستور در برابر تشعشعات ورودی تا ۱۰ میلی‌رادیان محافظت می‌کند. این سطح، بسیار بالاتر از سطح تشعشعاتی است که بسیاری از تجهیزات الکترونیکی مقاوم به تشعشع و مبتنی بر سیلیکون می‌توانند تحمل کنند. هنگامی که یک محافظ فقط زیر نانولوله‌های کربنی قرار گرفت، از آنها تا دو میلی‌رادیان محافظت کرد که مشابه همان سطحی است که تجهیزات الکترونیکی تجاری مقاوم به تشعشع و مبتنی بر سیلیکون می‌توانند تحمل کنند.

پژوهشگران نهایتا برای دستیابی به تعادل میان سادگی ساخت و مقاومت در برابر تابش، تراشه‌های "حافظه دسترسی تصادفی ایستا"(SRAM) را با نسخه محافظ ترانزیستورهای اثر میدان ساختند. آزمایش‌هایی که روی ترانزیستورها انجام شد، نشان داد که آستانه تشعشع این تراشه‌های حافظه، مشابه تراشه‌های مبتنی بر سیلیکون حافظه دسترسی تصادفی ایستا است.

به گفته پژوهشگران، نتایج این بررسی نشان می‌دهند که ترانزیستورهای اثر میدان نانولوله‌های کربنی، به ویژه ترانزیستورهای مجهز به دو محافظ می‌توانند گزینه‌های امیدوارکننده‌ای برای نسل بعدی تجهیزات الکترونیکی مورد استفاده در اکتشافات فضایی باشند.

این پژوهش، در مجله "ACS Nano" به چاپ رسید.