بدأت الثورة الإلكترونية: يمكن أن تصبح أسرع ألف مرة

وفقًا لدراسة نُشرت في 27 يونيو في مجلة Nature Physics، تمكن الباحثون من التحكم في التوصيل الكهربائي لمادة كمومية تسمى 1T-TaS₂ عن طريق تسخينها وتبريدها. يمكن لهذه المادة أن تحل محل مكونات السيليكون التقليدية، مما يتيح للإلكترونيات أن تعمل بشكل أسرع وأكثر كفاءة.

يمكن للمادة أن تغير خصائصها العازلة

كشف الفريق البحثي أن مادة 1T-TaS₂ قادرة على تغيير خصائصها الموصلة أو العازلة للكهرباء وفقاً لتغيرات درجة الحرارة.

ويعتبر هذا الاكتشاف خطوة ثورية بالنسبة للأجهزة الإلكترونية لأن مثل هذه المواد يمكن أن تخلق نسخاً أسرع وأصغر حجماً من مكونات السيليكون الحالية.

وقال ألبرتو دي لا توري، عالم فيزياء المواد من جامعة نورث إيسترن الذي قاد البحث: "يمكن لهذه المادة أن تزيد من كمية المعلومات التي يمكن معالجتها في الثانية الواحدة بمقدار 1000 مرة. في الوقت الحالي، تعمل المعالجات بسرعات جيجاهيرتز، بينما ستسمح لنا هذه التقنية بالوصول إلى سرعات تيراهيرتز."

اسم الطريقة التبريد الحراري

تُعرف الطريقة الجديدة باسم "التبريد الحراري". تعمل هذه التقنية على زيادة درجة حرارة المادة من خلال تسليط الضوء عليها، فتكتسب المادة خاصية التوصيل المعدني.

وحتى الآن، لا يمكن تحقيق هذه الخاصية إلا في درجات حرارة منخفضة جدًا ولفترات زمنية قصيرة جدًا. لكن هذا البحث الجديد أظهر أن مادة 1T-TaS₂ يمكن أن تحافظ على هذه الخصائص في درجات حرارة تصل إلى -73 درجة مئوية، أي أعلى من التجارب السابقة بـ 250 درجة مئوية. والأكثر من ذلك، يمكن الحفاظ على هذه الحالة الموصلة لأشهر عندما يتم إطفاء مصدر ضوء المادة، عندما تنخفض درجة الحرارة.

ويشبه هذا التطور طريقة عمل الترانزستورات؛ فالترانزستورات هي أجهزة شبه موصلة تتحكم في تدفق الكهرباء في معظم الإلكترونيات الحالية.

وقد كان التقلص المستمر للترانزستورات أحد العوامل الرئيسية وراء تقلص أجهزة الكمبيوتر الحديثة من آلات كانت تشغل غرفًا مليئة بالمساحة إلى آلات تتسع في جيوبنا.

والآن، مع المواد الكمومية، يجري العمل على هذا المبدأ إلى أبعد من ذلك، بهدف جعل الأجهزة الإلكترونية أسرع وأصغر حجمًا.

وقد شرح عالم الفيزياء النظرية غريغوري فييت من جامعة نورث إيسترن أهمية هذا التطور على النحو التالي: "هدفنا هو تحقيق أعلى مستوى من التحكم في خصائص المواد. يمكن لهذه المواد أن تعمل بسرعة كبيرة وبنتيجة دقيقة. وهذا يجعلها قابلة للاستخدام في الأجهزة."

صغيرة جداً وفعالة جداً

أشار فييتي إلى أن المواد الكمومية يمكن أن تتغلب على القيود الفيزيائية لتقنيات السيليكون التقليدية. تحتوي أشباه الموصلات السيليكونية على مكونات منطقية معبأة بكثافة شديدة، مما يؤدي إلى قيود فيزيائية. ومع ذلك، تقدم المواد الكمومية حلاً أصغر بكثير وفعالاً من خلال الجمع بين الخاصيتين - الانتقال من موصل إلى عازل - في مادة واحدة.

تمتلك تقنية التبريد الحراري القدرة على زيادة سرعات الكمبيوتر لأنها تتحكم في التوصيل باستخدام الضوء. "إنها نقطة يواجهها العديد من مستخدمي الكمبيوتر: نريد أن يتم تحميل شيء ما بشكل أسرع. "لا يوجد شيء أسرع من الضوء، ونحن نتحكم في خصائص المواد بالضوء، وهو ما يحدث بأسرع سرعة تسمح بها الفيزياء"، كما قال فييت.

قد يكون هذا الاختراع الجديد خطوة ثورية لمستقبل الإلكترونيات. سيكون لدى المهندسين الآن تحكم فوري في خصائص المواد. "إذا أردنا تحقيق تحسن مذهل في سرعات تخزين المعلومات أو معالجتها، فلا بد من إيجاد نموذج جديد. وتكشف هذه الدراسة عن هذا الابتكار بالضبط."