بناء أول شريحة كمبيوترٍ في العالم بدون أشباه الموصلات يفتح عهدًا جديدًا في مجال سرعة الإلكترونيات!!

يعمل الباحثون منذ عقودٍ على كيفية الاستفادة من التكنولوجيا القديمة وتطويرها لبناء أجهزةٍ أسرع في المستقبل، فكانت النتيجة هي اكتشاف الصمامات المفرّغة النانوية
(Nanoscale vacuum tube )
والتي يمكن أن تحسن بشكلٍ كبيرٍ من سرعة وكفاءة الأجهزة الإلكترونية الشخصية والألواح الشمسية.

استخدمت الصمامات المفرّغة لأول مرةٍ في الحواسيب الإلكترونية الرقمية بين عام 1930 و 1940 وذلك قبل أن يتم استبدالها بالترانزستورات (transistors) المصنوعة من أشباه النواقل، والتي كانت تُصنَّع بحجمٍ أصغر بكثيرٍ وساهم في اختراع أجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية، وأجهزة التابلت فى العصر الحاضر.

وانطلاقًا من أن الترانزستور لديه إمكانيات محدودة جدًا في الحجم والسرعة، ذهب علماءٌ من جامعة (كاليفورنيا) في (سان دييغو) إلى فكرة الصمّام المفرّغ مرةً أُخرى، ولكن هذه المرة تم صنعها بأحجامٍ صغيرةٍ وبتكنولوجيا أكثر كفاءةً.

وقال الباحث الرئيسيّ ومهندس الكهرباء Dan Sievenpiper:
<<إن هذه الصمامات المفرّغة بالتأكيد لن تحل محل جميع أجهزة أشباه النواقل، ولكنها قد تكون أفضل لبعض التطبيقات المتخصصة كأجهزة الترددات العالية جدًا أو أجهزة الطاقة العالية>>.

وبينما يبقى الترانزستور واحدًا من أهم الاختراعات في القرن العشرين، وأصغر بكثيرٍ وأكثر كفاءةً في استخدام الطاقة من الصمامات المفرّغة، يكافح العلماء الآن لجعله أصغر وأكثر قوةً مما هو عليه الآن.

وسندخل الآن ببعض التفاصيل:

تتدفق الإلكترونات عادةً ببطءٍ خلال الترانزستور (في مواده أشباه النواقل كالسيليكون) نتيجة تصادم الإلكترونات مع الذرات، كما تحتوي أشباه النواقل أيضًا على ما يسمى بـ (فجوة الطاقة) حيث نحتاج إلى دفعةٍ من الطاقة الخارجية وتكون أكبر من قيمة هذه العتبة (الفجوة) لتحريك الإلكترونات فيها.

والخاصية الرئيسية الجديدة لصمامات النانو المفرّغة والتى تميزها عن أشباه النواقل المعقدة (الترانزستورات) هي إمكانية حمل التيارات من خلال الهواء، بدلاً من المادة الصلبة، مما يجعلها أسرع بكثير نتيجة ذلك.

وتحتاج عملية تحرير الإلكترونات لنقل التيارات خلال الهواء -عادةً- جهداً كبيرًا أو ليزرًا قويًا، ولكن كليهما يصعب القيام به على مقياس النانو، مما أعاق عملية تطوير الصمامات المفرّغة أول إنشائها.

ولحل هذه المشكلة، اخترع الفريق طبقةً خاصةً مصنوعةً من الذهب تأخذ شكل الفطر والمعروفة باسم electromagnetic metasurface (الأسطح الكهرومغناطسية) ووضعها على رأس طبقةٍ من أكسيد السيليكون، أو رقاقة السيليكون.

وعند تطبيق جهدٍ ذي طاقةٍ منخفضةٍ (أقل من 10 فولت) أوالليزر منخفض الطاقة على هذه الأسطح (metasurface) ، فإنه يخلق (مناطق ساخنة) ذات حقولٍ كهربائيةٍ عالية الكثافة مولدةً بذلك طاقةً كافيةً لتحرير الإلكترونات من المعدن.

وحقق الباحثون 1000% (أو 10 أضعافٍ) زيادةً في التوصيل مقارنةً مع أنابيب الفراغ النانوية العادية.

وحتى الآن لسنا إلا في حالة إثبات صحة المفهوم، ومازال هناك الكثير من العمل الذي يجب القيام به لجعل النظام عمليًا للاستخدام في الأجهزة الفعلية. ويأمل الباحثون في المستقبل إمكانية تصميم أسطحٍ metasurfaces مختلفةٍ لتلبية الاحتياجات الخاصة، مثل أنواع جديدة من الألواح الشمسية.

المصدر: هنا

رابط المنشور على صفحتنا

.