دوائر كهربائية كربونية معدنية لتطوير ترانزستورات أسرع وأكثر كفاءة

ستكون الترانزستورات المعتمدة على الكربون وليس السيليكون قادرة على تسريع سرعة الحوسبة وتقليل استهلاك الطاقة للأجهزة مثل أجهزة الكمبيوتر والهواتف المحمولة وما شابه ذلك

[ترجمة د. موشيه نحماني]

نجح فريق من الكيميائيين والفيزيائيين من جامعة كاليفورنيا في بيركلي في تطوير الأداة الأكثر تقدما في مجال الترانزستورات - وهو سلك معدني مصنوع بالكامل من الكربون. "النشاط مع نفس المادة، أي المواد القائمة على الكربون، هو ما يجعل من الممكن تطوير هذه التكنولوجيا الآن"، يوضح فيليكس فيشر، أستاذ الكيمياء في جامعة بيركلي، مضيفا وموضحا أن إنتاج جميع مكونات الدائرة الكهربائية من نفس المادة تجعل عملية الإنتاج أبسط وأسهل.

تقوم الأسلاك المعدنية - الشبيهة بالأسلاك المعدنية المستخدمة لتوصيل الترانزستورات في شريحة الكمبيوتر - بنقل التيار الكهربائي من جهاز إلى آخر، كما تقوم أيضًا بتوصيل المكونات شبه الموصلة داخل الترانزستورات، وهي اللبنات الأساسية لأجهزة الكمبيوتر.  

قامت مجموعة البحث من جامعة بيركلي لعدة سنوات بالتحقيق في كيفية إنتاج أشباه الموصلات والعوازل من شرائح الجرافين النانوية، وهي شرائح ضيقة أحادية البعد مصنوعة من الجرافين أحادي الذرة، وهو هيكل يتكون بالكامل من ذرات الكربون فقط منظمة في نمط من أشكال سداسية متصلة تشبه سياج حظيرة الدجاج.

المعدن المبتكر، الذي يعتمد فقط على الكربون، هو أيضًا شريط جرافين نانوي، ولكن تم تصميمه بحيث يمكن استخدامه بشكل أساسي لتدفق الإلكترونات بين شرائط نانوية شبه موصلة في الترانزستورات المصنوعة من الكربون فقط. تم بناء الشرائح النانوية المعدنية من خلال ضم وحدات بناء أصغر ومتطابقة معًا - في نهج "التصميم من أسفل إلى أعلى"، كما يشير أحد الباحثين. تساهم كل وحدة من وحدات البناء بإلكترون واحد قادر على التحرك بحرية على طول الشريط النانوي.

على الرغم من أن المواد الأخرى المعتمدة على الكربون - مثل صفائح الجرافين ثنائية الأبعاد واسعة النطاق وأنابيب الكربون النانوية - يمكن أن تكون معدنية، إلا أن لها عيوبها. على سبيل المثال، يؤدي تصميم شريحة ثنائية الأبعاد إلى شرائح نانوية الحجم إلى تحويلها تلقائيًا إلى شبه موصل، أو حتى إلى عازل في بعض الحالات. ولا يمكن إنتاج الأنابيب النانوية الكربونية، التي تعتبر موصلات ممتازة، بنفس مستويات الدقة والتردد وبكميات كبيرة. يوضح الباحث: "تسمح لنا الشرائط النانوية بالوصول الكيميائي إلى مجموعة واسعة من الهياكل المنتجة بطريقة تصاعدية، وهو أمر غير ممكن بعد مع الأنابيب النانوية". "لقد سمحت لنا هذه الحقيقة بربط الإلكترونات معًا لإنتاج شريحة نانوية معدنية، وهو أمر لم يتم القيام به من قبل. وهذا أحد أكبر التحديات في مجال تكنولوجيا الجرافين النانوي، وحقيقة أننا متحمسون جدًا للنتائج التي توصلنا إليها".

"نحن نعتقد أن الأسلاك المعدنية هي بالفعل إنجاز كبير؛ "هذه هي المرة الأولى على الإطلاق التي نتمكن فيها من إنشاء موصل معدني ضيق للغاية يعمل كموصل ممتاز، وكل هذا من مواد تعتمد على الكربون فقط، دون الحاجة إلى عزل خارجي"، يوضح الباحث الرئيسي.

ونشرت نتائج البحث في مجلة علمية مرموقة علوم. 

لإعلان جامعة كاليفورنيا في بيركلي

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• تتكون الترانزستورات بالكامل من بلورات نانوية
• هل انتهى عصر السيليكون؟ الترانزستورات بدون أشباه الموصلات
• الترانزستور أحادي الذرة هو الترانزستور المثالي
• العشرين سنة القادمة من الرقائق الدقيقة