در مقاله‌ای که در شماره آینده مجله ساینس منتشر خواهد شد تعدادی از پژوهشگران امریکایی به همراهی رضا عسگری از پژوهشگاه دانشهای بنیادی از ایران وجود شبه ذرات پلاسمارون که ذرات باردار مقید شده به مد دسته جمعی نوسانی الکترون‌ها هستند را به طور تجربی گزارش کردند.
وجود این شبه ذرات قبلا توسط عسگری و با محاسبات نظری پیش بینی شده بود.
کربن یکی از مهم‌ترین و جالب‌ترین عنصر جدول تناوبی است که به اشکال مختلفی یافت می‌شود. گرافین (کربن دو بعدی) لایه‌ای از گرافیت به ضخامت یک اتم است که اتم‌های کربن روی شبکه‌ای لانه‌زنبوری شکل (شش ضلعی منتظم) قرار گرفته‌اند. چنین لایه دو بعدی نه تنها پیوسته است بلکه یک کریستال با کیفیت بالا است، به طوری که حامل‌های بار می‌توانند بدون پراکندگی مسافت حدود هزاربرابرِ فاصله‌ی بین اتمی را بپیمایند . به عبارتی تحریک پذیری حامل‌ها بالاست.
 چنین ساختار کریستالی دو بعدی با حذف ملایم بعد سوم به دست آمده است و شدیدا پایدار است. پس از ساخته شدن گرافین در آزمایشگاه در سال 2004 به‌خاطر رفتار شگفت‌آور و غیر معمول این سیستم ِدو بعدی و کاربردهای عملی بلقوه‌ی این ماده، تحقیقات گسترده‌ای بر روی این ماده صورت گرفته است. یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد در گرافین، طبیعت خاص حامل‌های بار در آن است . در فیزیک ماده چگال ، عموما به کار گیری معادله شرودینگر در توصیف خواص الکترونی مواد موفق است . گرافین یک استثنا است . حامل‌های بار آن از معادلاتِ ذرات نسبیتی بدون جرم تبعیت می کنند .
 هر چند که هیچ مشخصه نسبیتی برای الکترون و حرکت آن در حوالی اتم کربن وجود ندارد. چنین شبه ذراتی را فرمیون‌های دیراک بدون جرم می‌نامیم که الکترون‌هایی هستند که جرم سکونِ خود را از دست داده‌اند ، پس معادله‌ی حاکم بر گرافین همانند معادله‌ی نوترینوی باردار است. به‌خاطر رابطه‌ی پاشندگی خطی در گرافین سرعت فرمی الکترون‌های کم انرژی از انر‌ژی آن مستقل است.
 در نتیجه گرافین نیمه‌فلزی بدون گاف انرژی است که ساختار نواری آن در منطقه‌ی بریلوین مخروطی شکل است ونوار رسانش و نوار ظرفیت آن فقط در یک نقطه به نام نقطه دیراک هم‌دیگر را قطع می‌کنند. در سال‌های اخیر با کشف گرافین و نتایج حاصل از کارهای تجربی و نظری فراوانی که برای بررسی ویژگی‌های الکترونیکی جالب این ماده‌ی جدید صورت گرفته به نظر می‌رسد که گرافین به‌خاطر قابلیت آن در ساخته شدن در ابعاد بسیار کوچک (کوچک‌تر از ۱۰ نانومتر) و بسیاری ویژگی‌های مناسب الکتریکی و عمل‌کرد با سرعت بالاتر نسبت به سیلیکون نامزد مناسبی برای جایگزینی سیلیکون و حرکت به سمت نانو الکترونیک مدرن است.
الکترون‌ها در آن رفتار ترابردی شبه-پرتابی از خود نشان داده و با مقاومت کمی که در برابر خود می‌بینند گرمای اندکی تولید می‌کنند، از طرفی آزمایش‌های اخیر نشان از رسانندگی گرمایی بالای گرافین می‌دهد به گونه‌ای که با دارا بودن رسانندگی گرمایی در دمای اتاق تا مرتبه‌ی 5.3 × 10³ W/mK، دارای رسانندگی گرمایی بالاتری نسبت به نانو لوله‌های کربنی است. هم‌چنین آزمایش‌های اخیر خبر از تحرک‌پذیری بالای الکترون‌ها در گرافین از مرتبه‌ی حدود 10⁵ cm²/Vs حتی در دمای اتاق می‌دهد، که در مقایسه با بالاترین تحرک‌پذیری ثبت ‌شده در H-Si(111) FET که حدود 8 × 10³ cm2/Vs در دمای 4.2K است و بالاترین تحرک-پذیری به‌دست آمده در Si-Sio₂(100) MOSFET که در دمای کم حدود 25 × 10³ cm²/Vs است، بسیار بزرگ‌تر است.
این ویژگی‌های به همراه قابلیت کنترل نوع و چگالی حامل‌های بار در گرافین (به‌وسیله‌ی ولتاژ گیت یا تزریق شیمیایی)، از آن کاندید مناسبی برای ساخت قطعات نانو الکترونیک مدرن ساخته است.

در پژوهش عسگری و همکارانش چه از نظر تجربی و چه از نظر نظری نشان داده شده است که تک نقطه تلاقی باندهای انرژی ذرات باردار در فضای فاز، که به نقطه دیراک معروف است، به نقطه تلاقی باند انرژی شبه ذرات پلاسمارون و همچنین حلقهِ بسته‌ای که بین باندهای باری و پلاسمارون تشکیل می‌شود، تفکیک می‌گردد.
 این نتایج نشان ضمن کمک به شناخت بهتری از ماهیت اصلی الکترون‌‌ها در گرافین، دریچه ای از کاربرد‌های جدید گرافین را به روی دانشمندان می‌گشاید. به طور مثال گرافین با چنین خصوصیات جدید را می‌توان در صنعت فوتونیک برای ساخت لیزرهای با فرکانس تراهرتز به کار گرفت. در حقیقت با به کار گیری شبه ذرات پلاسمارونی می‌توان ادوات بسیار ریزی ساخت که از ویژگی‌های الکترونی و فوتونی به طور همزمان بهره می‌برند.

مراجع: