جزيئات عضوية خارقة تهدد عرش الرمال في صناعة الرقائق الإلكترونية - تليجراف الخليج

طور فريق من العلماء في جامعة ميامي، بالتعاون مع أستاذين من معهد جورجيا التقني وجامعة روتشستر، نوعاً جديداً من الجزيئات قد يحدث ثورة في صناعة الرقائق الإلكترونية وأشباه الموصلات من خلال إمكانية استبدال السيليكون (المستخرج من الرمال) والمعادن، وهما من المواد الخام الأساسية حالياً في تصنيع شرائح الحواسيب.

وبحسب بيان صادر عن الجامعة، فقد كشف الباحثون عما يعتقدون أنه "أكثر الجزيئات العضوية توصيلاً للكهرباء في العالم". وتشير الدراسة إلى إمكانية جديدة لتصنيع أجهزة حوسبة أصغر وأكثر قوة باستخدام عناصر كيميائية طبيعية، مثل الكربون والكبريت والنيتروجين.

وعلى مدى العقود الخمسة الماضية، تضاعف عدد الترانزستورات في الشريحة الواحدة تقريباً كل عامين. لكن مع اقتراب الإلكترونيات المعتمدة على السيليكون من حدودها الفيزيائية، بات من الصعب مواصلة تقليص حجم المكونات باستخدام التكنولوجيا التقليدية. هذا التحدي كان الدافع وراء أبحاث الفيزيائي كون وانغ وفريقه في جامعة ميامي، حيث سعوا إلى استخدام البنى الجزيئية الصغيرة لنقل الكهرباء.

وقال وانغ: "حتى الآن، لا توجد مادة جزيئية تسمح بمرور الإلكترونات دون فقدان كبير في التوصيل. هذا العمل يمثل أول إثبات على أن الجزيئات العضوية يمكن أن تنقل الإلكترونات دون فقدان للطاقة على مدى عشرات النانومترات".

وأشار إلى أن الجزيئات التي طورها الفريق مستقرة في الظروف اليومية، وتوفر أعلى توصيل كهربائي معروف عبر أطوال جزيئية كان يُعتقد سابقاً أنها غير عملية. وقد يمهد هذا الاكتشاف الطريق نحو إنتاج أجهزة حوسبة تقليدية أصغر حجماً وأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة وأقل تكلفة.

وعلى عكس الجزيئات العادية التي يتراجع توصيلها الكهربائي مع ازدياد حجمها، تعمل "الأسلاك الجزيئية" الجديدة كقنوات أساسية لنقل المعلومات ومعالجتها وتخزينها في جيل جديد من أجهزة الحوسبة.

وأوضح وانغ: "ما يميز نظامنا الجزيئي هو أن الإلكترونات تعبر الجزيء بسرعة أشبه بالرصاصة دون فقدان للطاقة، مما يجعله من الناحية النظرية أكثر أنظمة نقل الإلكترونات كفاءة على الإطلاق". وأضاف أن هذا قد لا يقتصر على تقليص حجم الأجهزة فحسب، بل قد يمكّن أيضاً من وظائف جديدة لم تكن ممكنة باستخدام مواد تعتمد على السيليكون.

ثبات كيميائي

وقال مهرداد شيري، عضو الفريق البحثي وطالب دراسات عليا في جامعة ميامي، إن هذا الجزيء "يمثل خطوة كبيرة نحو تطبيقات واقعية، إذ يتمتع بالثبات الكيميائي ومقاوم للهواء، ويمكن دمجه مع المكونات النانوية الإلكترونية الحالية ليعمل كأسلاك أو وصلات إلكترونية بين الشرائح".

وأضاف أن المواد المطلوبة لتكوين هذا الجزيء غير مكلفة ويمكن إنتاجه في المختبر، ما يمنحه خصائص جديدة لا توفرها المواد التقليدية، ويتيح تحسين أداء وكفاءة أجهزة الحوسبة دون رفع التكاليف.

وختم وانغ بالقول إن "التوصيل الكهربائي الفائق الذي رصدناه ناتج عن تفاعل فريد بين لفات الإلكترون على طرفي الجزيء، ويمكن مستقبلاً استخدام هذا النظام الجزيئي كوحدة كوانتية (كيوبِت)، وهي اللبنة الأساسية في الحوسبة الكمومية".