تمكن فريق الباحثين من تطوير أسطح أنابيب نانوية من نيتريد البورون والتي كانت بمثابة مواد عازلة وبالتالي يمكن أن تكون مقاومة للتيار الكهربائي بشكل خاص. لقد بدأوا في توصيل التيار الكهربائي بشكل انتقائي عندما أضافوا نقاط نانوية ذهبية
لعقود من الزمن، أصبحت الأجهزة الإلكترونية أصغر فأصغر؛ لقد أصبح من الممكن الآن، ولو بشكل روتيني، وضع ملايين الترانزستورات على شريحة سيليكون واحدة.
ومع ذلك، يمكن للترانزستورات المعتمدة على أشباه الموصلات أن تصل إلى المستوى النهائي من التصغير. يقول الفيزيائي يوك خين ياب من جامعة ميشيغان التكنولوجية: "بالمعدل الذي تتقدم به التكنولوجيا الحالية اليوم، خلال 20 إلى 10 سنة، لن يكون من الممكن تصغير الرقائق بعد الآن". "كما أن لأشباه الموصلات عيبًا آخر - فهي تسبب فقدانًا كبيرًا للطاقة على شكل انبعاث حراري."
وقد أجرى العلماء العديد من التجارب على مواد وتصميمات مختلفة للترانزستورات لحل هذه المشكلة، ودائماً ما تم استخدام أشباه الموصلات مثل السيليكون. في عام 2007، أراد الباحث ياب تجربة شيء آخر قد يمهد الطريق لعصر جديد من المكونات الإلكترونية. وأوضح الباحث: "كانت فكرتي هي تطوير ترانزستور يتضمن مادة عازلة نانومترية تحتوي على معادن نانوية موصلة". "في الأساس، يمكننا أن نأخذ قطعة من البلاستيك ونرش عليها مسحوقًا معدنيًا للحصول على هذا الجهاز. ومع ذلك، حاولنا تصنيعه على مستوى النانومتر، لذلك اخترنا المادة العازلة النانومترية، أنابيب نيتريد البورون النانوية (BNNTs) باعتبارها الركيزة."
تمكن فريق الباحثين من تطوير أسطح أنابيب نانوية من نيتريد البورون والتي كانت بمثابة مواد عازلة وبالتالي يمكن أن تكون مقاومة للتيار الكهربائي بشكل خاص. في الخطوة التالية، تمكن الفريق، بمساعدة الليزر، من تثبيت نقاط كمية ذهبية بحجم 3 نانومتر على طول الجانب العلوي من الأنابيب النانوية، وهذا لإنشاء مادة النقاط الكمومية - أنابيب نيتريد البورون النانوية (QDs). -BNNTs). هذه الأنابيب النانوية هي الركيزة المثالية للنقاط الكمومية نظرًا لأبعادها الصغيرة والموحدة والتي يمكن التحكم فيها. وفي الخطوة التالية، قام الباحثون بتوصيل الأقطاب الكهربائية بأطراف المادة الجديدة في درجة حرارة الغرفة وفي تلك اللحظة حدثت ظاهرة مثيرة للاهتمام - "قفزت" الإلكترونات بدقة شديدة من بقعة ذهبية إلى الثانية من قطب كهربائي إلى الثاني، وهي ظاهرة المعروف باسم "نفق الكم".
"تخيل أن الأنابيب النانوية هي نهر، مع قطب كهربائي على كل ضفة من النهر. تخيل الآن أن هناك أحجار نهرية صغيرة للغاية عبر النهر، بين الضفتين"، يقول الباحث. "تقفز الإلكترونات من حجر إلى آخر، ونظرًا لصغر حجمها، يمكن العثور على إلكترون واحد فقط في كل حجر منها في نفس اللحظة. وتمر جميع الإلكترونات بنفس المسار، لذا يظل الجهاز مستقرًا دائمًا."
وفي النهاية، تمكن الباحثون من إنشاء ترانزستور دون استخدام مواد شبه موصلة. عندما يتم تطبيق جهد كبير بما فيه الكفاية على المادة، فإنها تتحول إلى حالة مادة موصلة. وعندما ينخفض التيار أو يتوقف تماماً، تعود المادة إلى حالتها الأصلية كمادة عازلة. وبعد ذلك، لم يكن هناك "تسرب": لم "يتسرب" أي من الإلكترونات التي مرت عبر النقاط الذهبية إلى الأنابيب النانوية ذاتية العزل، تاركة قناة النفق باردة. وعلى العكس من ذلك، يوجد في مادة السيليكون تسرب من هذا النوع، وهي ظاهرة تسبب فقدانًا كبيرًا للطاقة في الأجهزة الإلكترونية على شكل انبعاث حراري.
كما نجح باحثون آخرون في تطوير ترانزستورات تستفيد من ظاهرة النفق الكمي، كما يقول الفيزيائي جون جاسزاك، وهو الباحث الذي صاغ الإطار النظري لأبحاث ياب التطبيقية. ومع ذلك، لم تكن أجهزة الأنفاق هذه قادرة على العمل إلا في ظل ظروف غير مناسبة للمستخدم العادي في الحياة اليومية، ولم تعمل إلا في درجات حرارة منخفضة للغاية، والتي تم الوصول إليها بمساعدة الهيليوم السائل. السر في جهاز أنابيب الذهب النانوية الجديد هو حجمه تحت المجهر: طوله 1 ميكرون وعرضه 20 ميكرون. يوضح الباحث: "يجب أن يكون حجم جزر الذهب في حدود بضعة نانومترات من أجل التحكم في تدفق الإلكترونات في درجة حرارة الغرفة". "إذا كانت كبيرة جدًا، فسيكون مرور العديد من الإلكترونات في وقت واحد ممكنًا." في هذه الحالة - الأصغر هو الأفضل حقًا: "إن العمل باستخدام الأنابيب النانوية والنقاط الكمومية يتقدم بك إلى المستوى النانومتري الذي تريد استخدامه لتطوير الأجهزة الإلكترونية. ومن الناحية النظرية، يمكن تصغير قنوات الأنفاق هذه إلى أبعاد صفر تقريبًا عندما يتم تقليل المسافة بين الأقطاب الكهربائية إلى جزء صغير الحجم من الميكرون".
تعليقات 5
نقطة، لا أعرف إذا كنت تفهم ما هي الحوسبة الكمومية ولكن حتى لو كانت متاحة للجميع فلن تكون قادرة على استبدال المعالجات الحتمية الموجودة اليوم.
إن تحويل مثل هذا الشيء إلى إنتاج صناعي يبدو غير مرجح.
على أية حال، الشيء التالي هو الحوسبة الكمومية.
ولعلهم يريدون الادعاء بأن الصغير سيكون كبيراً، أو في الحالة التي أمامنا، الكبير سيكون صغيراً...
في الواقع، سيكون من الصعب جدًا على تقنية جديدة أن تحارب تقنية قديمة لا تزال في ذروة قوتها ويدها منحنية، سيتعين عليها الركض بكل قوتها فقط لتبقى في مكانها، مقارنة بالسيليكون. تكنولوجيا. ومع ذلك، عندما تصل تكنولوجيا السيليكون إلى نهاية قوتها (وهو ما كان من المتوقع دائمًا أن يحدث في الثلاثين عامًا الماضية في السنوات العشر القادمة...) أو عندها فقط ستبدأ التكنولوجيا الجديدة في إظهار قوتها. ففي نهاية المطاف، حتى الترانزستورات الأولى بدت وكأنها بديل مشكوك فيه لتكنولوجيا الأنابيب الناجحة فيما يتعلق بالكمبيوتر.
تتحدث المقالة أيضًا عن انخفاض انبعاث الحرارة - وهي ميزة.
إذا كان من الممكن بناء طبقة فوق طبقة، فبسبب "عدم الحرارة"، يبدو لي أن الكثافة الزائدة ستنتج عن "متعدد الطوابق".
يبدو الأمر رائعًا، ولكن ربما يستطيع أحد أن يشرح لي إذا كان حجم جزيئات الذهب بضعة نانومترات، والجهاز بأكمله يبلغ 1 ميكرون في 20 ميكرون، فكيف يكون أفضل من شريحة السيليكون التي تنتج منها شركة إنتل حاليًا رقائق ذات سمك 22 نانومتر، ويقولون أيضًا إنهم سيكونون قادرين على الانخفاض بمقدار 10-20 في السنوات القليلة المقبلة حتى أقل من ذلك.
لذلك لم أفهم كيف من المفترض أن يكون مثل هذا الجهاز حلاً لمشكلة التصغير إذا كان كل أنبوب من هذا القبيل أكبر من رقاقة السيليكون؟