تعمل الأسطح البوليمرية التي تنتجها عمليات التجميع الذاتي على تحسين القدرة على تخزين المعلومات

يستلزم نهج التصنيع الحديث القدرة على التغلب على القيود التكنولوجية الحالية التي تواجهها صناعات الإلكترونيات الدقيقة وتخزين البيانات، مع تمهيد الطريق المستقبلي للأجهزة الإلكترونية الأصغر حجمًا وأجهزة تخزين البيانات ذات الحجم الأكبر بكثير.

وأضاف: "على مدى الثلاثين عاماً الماضية، تمكن الباحثون من تصغير حجم الأجهزة الإلكترونية وحجم القوالب المستخدمة في صنع هذه الأجهزة، مع اعتماد نفس المواد والأدوات والأساليب الحجرية، وذلك بفضل تخصص الباحثين في هذا المجال". يقول بول نيلي، مدير مركز الهندسة وعلم النانو بجامعة ويسكونسن ماديسون (NSEC).

الآن، وصلت هذه المواد والأساليب إلى حدودها التقنية الأساسية، والتي تمنع المزيد من التقدم في هذا المجال. بالإضافة إلى ذلك، يقول الباحث، إن استخدام الطباعة الحجرية - وهي عملية تستخدم لتحضير قوالب الإنتاج - لأبعاد أصغر وأصغر قد يصبح مكلفاً للغاية. يتطلب المزيد من التقدم اتباع نهج جديد لمواجهة القيود الاقتصادية ومعايير مراقبة الجودة الصارمة في هذه الصناعة.

وفي جهد مشترك بين الأوساط الأكاديمية والصناعة، تعاون أساتذة الهندسة الكيميائية والهندسة البيولوجية مع باحثين من شركة التكنولوجيا هيتاشي جلوبال ستوراج تكنولوجيز لاختبار وسيلة جديدة واعدة للطرق المشتركة. في عدد 15 أغسطس من مجلة Science، أظهر الفريق تقنية لصنع القوالب التي قد تحدث ثورة في هذا المجال مع الحصول على تحسينات في الأداء مقارنة بالطرق الحالية وحتى تقليل وقت الإنتاج والتكلفة.

تعتمد هذه الطريقة على أساليب معروفة تجمع بين تقنيات الطباعة الحجرية الشائعة المستخدمة لإعداد أنماط في الإلكترونيات الدقيقة مع المواد المنتجة من خلال عملية التجميع الذاتي والتي تسمى البوليمرات المشتركة الكتلية. عند إضافتها إلى الأسطح التي توجد عليها الأنماط الحجرية، تتجمع السلاسل الجزيئية الطويلة للبوليمرات المشتركة ذاتيًا في الترتيب المقصود.

يوضح الباحث الرئيسي: "توجد معلومات منظمة في المركبات بحيث يتم الحصول على الأحجام والخصائص ذات الخصائص المرغوبة". "القوى الدافعة الديناميكية الحرارية تجبر الهياكل على أن تكون أكثر تجانسًا في الحجم وأكثر إحكاما من تلك التي يتم الحصول عليها بالطرق الحالية."

تقوم البوليمرات المشتركة من هذا النوع بتصميم الأسطح النهائية وصولاً إلى المستوى الجزيئي، وبالتالي توفر دقة لا يمكن الحصول عليها باستخدام طرق الطباعة الحجرية الحالية وحدها، ولا حتى عن طريق تصحيح العيوب الموجودة في القالب الكيميائي. كما يسمح هذا التحكم النانوي للباحثين بإنتاج أسطح عالية الدقة قادرة على تخزين معلومات أكثر من تلك المتوفرة اليوم.

بالإضافة إلى ذلك، تتطلب هذه البوليمرات المشتركة فقط حوالي ربع المعلومات الموجودة في القالب المتعلقة بالمواد الموجودة من أجل إنتاج البنية الجزيئية المرغوبة، وبالتالي تحسين العملية بشكل لا يقاس، كما يوضح الباحث الرئيسي. ويضيف: "إذا كنت تحتاج فقط إلى إنشاء نمط من كل نقطة رابعة على السطح، فيمكنك عمل هذه الأنماط مع توفير الوقت والتكلفة".

يقول ريتشارد نيو، مدير الأبحاث في شركة هيتاشي جلوبال ستوريج تكنولوجيز: "يتناول هذا البحث أحد أهم التحديات في مجال تخزين المعلومات - وهو الإنتاج الضخم للأقراص المطبوعة ذات الحجم الكبير وبأسعار في متناول الجميع". "إن الإمكانات الكبيرة الكامنة في الكثافة العالية للوسائط المطبوعة تجعلها واحدة من أحدث التقنيات الواعدة لإنتاج محركات الأقراص الثابتة المستقبلية."

بطريقة معينة، تعد هذه الطريقة أكثر ملاءمة لإنتاج محركات الأقراص الثابتة وأجهزة تخزين البيانات المماثلة التي تتطلب أنماطًا مطبوعة موحدة للغاية - وهو بالضبط نوع التوصيف الذي يمكن الحصول عليه بسهولة بواسطة البوليمرات المشتركة. إلى جانب التطورات الأخرى، قد تكون هذه الطريقة مفيدة أيضًا لتخطيط وتصميم أنماط أكثر تعقيدًا، مثل الرقائق الدقيقة.

يوضح الباحث الرئيسي: "هذه النتائج لها آثار عميقة على تطوير أداء وقدرات المواد والعمليات المطبوعة بما يتجاوز القيود الحالية".