مادة متعلق بالعازل الكهربائي الشفاف مبتكرة للأجهزة الموفرة للطاقة

^{إن اكتشاف سلوك مادة محل اهتمام على نطاق صغير يمكن أن يقلل من استهلاك الطاقة في الحوسبة}

^{[ترجمة د. موشيه نحماني]}

عندما تصبح الأجهزة الإلكترونية أصغر فأصغر، يجب أن تكون المواد التي تزودها بالطاقة أصغر فأصغر. وفي ضوء ذلك، فإن أحد التحديات الرئيسية التي يواجهها الكيميائيون عند تطوير الجيل التالي من المكونات الإلكترونية الموفرة للطاقة هو تطوير مواد يمكنها الحفاظ على خصائصها الإلكترونية الخاصة حتى على نطاق صغير للغاية.
الفيروكهربائية

تقدم المواد المتقدمة المعروفة باسم "الكهرباء الحديدية" حلاً واعدًا للمساعدة في تقليل كمية الطاقة التي تستهلكها الأجهزة الإلكترونية الصغيرة جدًا الموجودة داخل الهواتف وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. "المكونات الكهروضوئية" - المعادل الإلكتروني لـ "المغناطيسية الحديدية"، هي مجموعة من المواد التي يتم ترتيب بعض الذرات فيها بعيدًا عن المركز، مما يؤدي إلى شحنة كهربائية أو استقطاب داخلي تلقائي. يمكن عكس هذا الاستقطاب الداخلي عندما تتعرض المادة لجهد خارجي. توفر هذه القدرة وعدًا كبيرًا لتطوير المكونات الإلكترونية الدقيقة ذات الطاقة المنخفضة للغاية. لسوء الحظ، تفقد المواد الحديدية الإلكترونية العادية استقطابها الجوهري تحت سُمك بضعة نانومترات. أي أن هذه المواد غير متوافقة مع التكنولوجيا الموجودة القائمة على السيليكون (السيليكون). ومع ذلك، فقد وجد الباحثون من جامعة كاليفورنيا في بيركلي، الذين أجروا التجارب، حلاً يحل كلتا المشكلتين من خلال إنتاج أنحف مادة متعلق بالعازل الكهربائي الشفاف معروفة حتى الآن. وفي دراسة نشرت منذ فترة طويلة في المجلة العلمية المرموقة Science، اكتشف فريق البحث وجود كهربية حديدية مستقرة في طبقة صغيرة للغاية من ثاني أكسيد الزركونيوم يبلغ سمكها نصف نانومتر فقط. يتوافق هذا الحجم مع حجم كتلة بناء ذرية واحدة، أي حوالي مائتي جزء من الألف من الدقيقة أكثر سمكًا من سمك شعرة الإنسان. وقام فريق البحث بزراعة هذه المادة مباشرة فوق طبقة من المحلول الملحي. اكتشفوا القدرة الكهروضوئية في ثاني أكسيد الزركونيوم - وهي عادة مادة غير كهروضوئية - عندما تكون الطبقة بسمك 2-1 نانومتر. وعلى وجه الخصوص، يستمر السلوك الفيروكهربائي حتى عند سمك قريب من الذرة يصل إلى نصف نانومتر. يوضح هذا الإنجاز الأساسي أنحف مادة متعلق بالعازل الكهربائي الشفاف في العالم. يعد هذا الاكتشاف مثيرًا للدهشة بشكل خاص بالنسبة لمادة ليست متعلقًا بالعازل الكهربائي الشفاف على الإطلاق في تكوينها العياني، فقد تمكن الباحثون أيضًا من تبديل الاستقطاب في هذه المادة الرقيقة من اتجاه إلى الاتجاه المعاكس بمساعدة جهد منخفض، وهي ميزة توضح أنحف جهاز ذاكرة نشط موجود أعلى Zorn تم الإبلاغ عنه حتى الآن. تحمل المادة المبتكرة أيضًا وعدًا كبيرًا للمكونات الإلكترونية الموفرة للطاقة، خاصة عندما تأخذ في الاعتبار حقيقة أن ثاني أكسيد الزركونيوم متوفر بالفعل في رقائق Zorn الأكثر تقدمًا. وقال الباحث الرئيسي سوراج تشيما من الورقة التي تصف الدراسة الحالية: "يعد هذا البحث خطوة مهمة للأمام نحو إمكانيات دمج المكونات الكهروضوئية في الإلكترونيات الدقيقة واسعة النطاق".

تتطلب مراقبة السلوك الكهروضوئي لمثل هذه الأنظمة الرقيقة استخدام أحدث المعدات المتوفرة في وزارة الطاقة الأمريكية. قال أحد مؤلفي المقال: "إن طريقة "حيود الأشعة السينية" (حيود الأشعة السينية) توفر رؤى مهمة حول ظاهرة الكهرباء الحديدية". وبعيدًا عن الآثار التكنولوجية المباشرة، فإن لهذا البحث أيضًا آثارًا مهمة على تطوير المواد ثنائية الأبعاد. وقال الباحث الرئيسي: "إن تقليص المواد ثلاثية الأبعاد ببساطة إلى الحد الأقصى لسمكها ثنائي الأبعاد يوفر طريقة مباشرة وفعالة للكشف عن الظواهر المخفية في مجموعة واسعة من المواد البسيطة". "هذه الطريقة توسع بشكل كبير مساحة تصميم المواد للمكونات الإلكترونية من الجيل التالي بحيث تشمل مواد مناسبة بالفعل لتقنيات القوالب." وكما أشار الباحث الرئيسي، فإن النمو البسيط لمادة ثلاثية الأبعاد في تكوين طبقات ذرية سميكة يمكن أن يوفر طريقة فعالة لتطوير عائلة جديدة من المواد ثنائية الأبعاد - مواد ثلاثية الأبعاد بسمك ذرة واحدة - وهي بعيدة في خصائصها عن الطبقات العادية للمواد ثنائية الأبعاد، مثل الجرافين (الجرافين). ويأمل العلماء أن تشجع أبحاثهم على إجراء المزيد من الأبحاث حول المواد ثلاثية الأبعاد بسماكة ثنائية الأبعاد والتي يمكن أن تكون مفيدة كأساس لتطوير المكونات الإلكترونية الموفرة للطاقة.

• ^{الخبر عن المقال}
• ^{ملخص المقال}

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• ابتكر باحثون من جامعة تل أبيب ذاكرة كهربائية يبلغ سمكها ذرتين فقط
• طريقة مبتكرة لتصنيع مكونات إلكترونية رفيعة ومرنة للغاية
• طابعة نانومترية ثلاثية الأبعاد لإنتاج هياكل صغيرة للغاية