استخدام الضوء لتسريع الرقائق
أعلن باحثون في جامعة نورث إيسترن في الولايات المتحدة الأمريكية عن اكتشاف ثوري من شأنه أن يساعد أجهزة الكمبيوتر والهواتف على العمل بسرعة أكبر بـ1000 مرة من تكنولوجيا شرائح السيليكون الحالية.
ويأتي هذا التقدم من خلال التحكم في المواد الكمومية من خلال طريقة تسمى التبريد الحراري.
قد يساعد اختراق جديد في مجال المواد الكمومية الأجهزة الإلكترونية على العمل بسرعة أكبر بـ 1000 مرة من التكنولوجيا الحالية (الصورة: جيتي).
المادة التي اختارها فريق البحث هي 1T-TaS₂، وهي مادة كمية خاصة يمكنها التبديل بمرونة بين حالتين: توصيل الكهرباء مثل المعدن أو عزل مثل أشباه الموصلات.
في السابق، كانت الحالة الموصلة تظهر فقط في درجات حرارة منخفضة للغاية وتستمر لأجزاء من الثانية، مما يجعل تطبيقها في الأجهزة الإلكترونية اليومية مستحيلاً تقريبًا.
وتوصل الفريق إلى كيفية الحفاظ على الحالة المعدنية المستقرة للمادة في درجة حرارة قريبة من درجة حرارة الغرفة لعدة أشهر.
حققوا ذلك بتسخين المادة وتبريدها بسرعة بمعدل حوالي ١٢٠ كلفن في الثانية. دفعت هذه الطريقة المادة إلى تجاوز عتبة انتقال الطور، مما أدى إلى حالة طور مختلطة بين الموصلية والعزل.
يستخدم العلماء الضوء أيضًا لتحفيز هذا التحول. عند تسليط الضوء، تستجيب المادة بشكل شبه فوري، مغيرةً بذلك بنية موجة كثافة الشحنة الذاتية. تحافظ هذه التغييرات على استقرار الحالة المعدنية في ظل ظروف درجة حرارة مُتحكم فيها.
وقال البروفيسور جريجوري فييت، عالم الفيزياء بجامعة نورث إيسترن، إن الفريق يتحكم في خصائص المواد بأقصى سرعة تسمح بها الفيزياء.
وأكد أن استخدام الضوء بدلاً من طبقات متعددة من المواد كما هو الحال في الترانزستورات السيليكونية التقليدية يبسط بنية الدائرة الدقيقة ويفتح إمكانية تصميم الأجهزة الإلكترونية من الجيل التالي.
ما هي حدود الرقائق؟
في أجهزة اليوم، تعمل المعالجات بترددات جيجاهيرتز. ومع هذا الاكتشاف، يأمل الباحثون الوصول إلى ترددات تيراهرتز، وهي أسرع بألف مرة.
وتكتسب هذه القدرة أهمية خاصة مع تزايد حجم البيانات وضرورة معالجتها في الوقت الفعلي في تطبيقات مثل الذكاء الاصطناعي والواقع الافتراضي والحوسبة الكمومية والمحاكاة العلمية.
وأظهرت الدراسة أيضًا أنه عندما يتم تسليط الضوء على المادة بترددات معينة، فإن موجات التذبذب في الشبكة البلورية تتغير بطريقة مماثلة.
على سبيل المثال، تعكس التذبذبات عند 2.5 تيراهرتز تغيرات في سعة موجات كثافة الشحنة، في حين ترتبط التذبذبات عند 1.3 تيراهرتز بانزلاق طبقة المادة على المستوى الذري.
نشر الفريق نتائجهم في مجلة نيتشر فيزيكس، وأطلقوا على هذه الحالة الموصلة اسم "الحالة المعدنية الخفية". في هذه الحالة، تبدو المادة عازلة، لكنها في الواقع تسمح للإلكترونات بالتدفق بسرعات عالية بفضل مجموعة من المناطق الموصلة الصغيرة الموزعة داخل بنية المادة.
وقال الباحث ألبرتو دي لا توري، الذي قاد الفريق، إن طريقة التبريد الحراري تسمح بالتحكم الفوري في التوصيل الكهربائي للمادة من خلال تغيير بيئة الإضاءة.
وأكد أن قابلية برمجة هذه الحالة تفتح المجال أمام ابتكار أجهزة إلكترونية قادرة على تخزين ومعالجة البيانات داخل المادة نفسها.
بالإضافة إلى ذلك، أشارت بعض الدراسات ذات الصلة أيضًا إلى إمكانية ضبط الحالة المادية من خلال غرف الرنين التيراهيرتز.
بتغيير بنيتها البصرية الخارجية، تستجيب المادة للمجال الكهرومغناطيسي وتغير طورها بطريقة مُتحكم بها. يُشبه هذا التأثير مبدأ تعزيز رنين الضوء في أجهزة الليزر، ولكنه يُطبق على المواد الموصلة على المستوى الذري.
ومن خلال التخلص من واجهات المواد المتعددة واستخدام مادة واحدة فقط يتم التحكم في ضوءها، فتح الفريق اتجاهات جديدة لصناعة الإلكترونيات الدقيقة.
المصدر: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/tim-ra-vat-lieu-luong-tu-giup-may-tinh-dien-thoai-nhanh-hon-1000-lan-20250805073922390.htm
تعليق (0)