قام الباحثون ببناء أسطح من طبقات من الذرات التي تنزلق فوق بعضها البعض، مما يتسبب في تخطي الإلكترونات الموجودة بداخلها. ويأملون في المستقبل أن يكون من الممكن تطوير تقنيات المعلومات المتقدمة بناءً عليها
يقول الدكتور موشيه بن شالوم من مختبر فيزياء الكريستال متعدد الطبقات في تل أبيب: "إن المعادلات، مثل معادلة شرودنغر (المعادلة الأساسية لحركة الأنظمة الفيزيائية)، لا تسمح لنا بالفهم الكامل للتفاعلات بين جميع جسيمات المادة". جامعة أبيب. "نحن نتحدث عن مليارات الجزيئات، لذلك نقوم باختبارها في التجارب. وبالتالي، إذا فهمنا كيفية ترتيب الإلكترونات لنفسها في بلورات معينة، فيمكننا تطوير تطبيقات مثل أجهزة لتخزين معلومات الكمبيوتر ومعالجتها. في بعض الأحيان تختار الإلكترونات جانبًا واحدًا أكثر من الآخر، وتصبح مستقطبة، ويمكن تحويل اختيارها إلى وحدة معلومات يمكن استخدامها في مجالات مثل الحوسبة والاتصالات والطب.
في دراستين أجريا مؤخرا، ونشرتا في مجلة العلوم المرموقة، قام الدكتور بن شالوم وفريقه بوضع طبقتين متطابقتين من الذرات (البلورات)، واحدة فوق الأخرى (نوع من السطح يشبه الساندويتش)، تحت مجهر القوة الذرية - واكتشف أنها تتحرك وتنزلق قليلا داخل المستوى، وبالتالي تقفز الإلكترونات الموجودة فيها من طبقة إلى أخرى، من الأعلى إلى الأسفل أو العكس. ويقول الدكتور بن شالوم: "هذا هو أنحف سطح نعرفه (بسمك ذرتين)، حيث يكون استقطاب الإلكترونات مرئيا ويمكن التحكم في اتجاه قفزها بين الطبقات". "يمكن استخدام نفس القفزات لوحدات المعلومات (لأعلى - 1، لأسفل - 0، مع أو بدون شحنة كهربائية، على غرار الشيء الموجود في جهاز الكمبيوتر الذي يمكن أن يكون في وضع تشغيل واحد في المرة الواحدة، 1 أو 0). وباختصار، اكتشافنا هنا هو تجمع طبقات ذرية رقيقة لتكوين بلورة جديدة، والانزلاق بينها مما يؤدي إلى تخطي الإلكترونات."
وفي الخطوة التالية، وضع الباحثون قطبًا كهربائيًا تحت السطح وفوقه، وبالتالي تسببوا في قيام إلكترون ناشئ من ذرة خارجية بقراءة الوضع. "نظرًا لأن السطح رقيق جدًا، فإن الإلكترون الخارجي من القطب يمكنه القفز الكمي عبر زوج الطبقات المستقطبة وقراءة ما إذا كانت الإلكترونات الموجودة في الطبقات قد قفزت لأعلى أو لأسفل. أي أنه يمكنه قراءة وحدة المعلومات بسرعة وكفاءة. وعلى أساس هذا السطح، من الممكن إنشاء أجهزة إلكترونية من نوع جديد، تستخدم لتخزين ومعالجة المعلومات على أساس النفق الكمي"، يضيف الدكتور بن شالوم.
وفي دراستهم الأخيرة، التي نُشرت في مجلة Nature المرموقة، والتي حصلت على منحة من مؤسسة العلوم الوطنية، قام الباحثون بتجميع سطح من ثلاث إلى عشر طبقات معتمة، يبلغ سمك كل منها ذرة واحدة. اكتشفوا أنه في كل مرة تنزلق فيها إحدى الطبقات، تضطر الإلكترونات إلى القفز بينها، لأعلى أو لأسفل، على طول الطريق من الطبقة العليا إلى الأسفل دون التوقف على طول الطريق ("سلم الاستقطابات" - هذا ما اكتشفوه تسمى الظاهرة). "باستخدام مثل هذه الأسطح، من الممكن إيواء عدة وحدات معلومات في كل منطقة وإنتاج أجهزة أكثر تقدمًا يمكنها تخزين ومعالجة المزيد من المعلومات. على سبيل المثال، إذا كان لدينا خمس طبقات، فمن الممكن ملؤها بخمس وحدات معلومات. هذه الأسطح أكثر سماكة من السطح السابق، ولكن حجم سطحها مماثل"، يقول الدكتور بن شالوم.
وقام الباحثون بدمج البيانات التي تم الحصول عليها في تجاربهم في محاكاة حاسوبية يمكنها التنبؤ إلى أي جانب ستقفز الإلكترونات على الأسطح الأخرى، من نوع مختلف. "الآن، عندما يصبح من الواضح أن المحاكاة تعمل، يمكن استخدامها لحساب كيفية عمل الإلكترونات في أنواع أخرى من البلورات والذرات وبناء أنظمة ترتد فيها الإلكترونات أكثر أو أقل، كما هو مطلوب"، يخلص الدكتور. بن شالوم.
وشارك في الدراسة أيضًا الدكتور سواروب دوف، والطالب الباحث نوعام راب، والبروفيسور موشيه غولدشتاين من كلية الفيزياء في جامعة تل أبيب؛ وكذلك د. واي تشاو، والبروفيسور عوديد هود والبروفيسور ميخائيل أورباخ من كلية الكيمياء في جامعة تل أبيب، والبروفيسور ليئور كرونيك من معهد وايزمان للعلوم.
الحياة نفسها:
الدكتور موشيه بن شالوم، 45 عاماً، متزوج وله ثلاثة أبناء (15، 12، 9 أعوام)، يسكن في هود هشارون. أحد مؤسسي شركة Slide-Tro لبناء الأجهزة الإلكترونية المتطورة. يلعب في أوقات فراغه لفريق كرة السلة بجامعة تل أبيب.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
