أظهر المهندسون في جامعة يوتا أنه من الممكن صنع أول مواد عضوية على الإطلاق تقوم بتوصيل الكهرباء على طول حوافها، بينما تعمل في نفس الوقت على عزل الكهرباء من داخلها.
أظهر المهندسون في جامعة يوتا أنه من الممكن إنتاج أول مواد عضوية على الإطلاق تقوم بتوصيل الكهرباء على طول حوافها، بينما تعمل في الوقت نفسه على عزل الكهرباء من داخلها. وستكون هذه المواد، المعروفة باسم "العوازل الطوبولوجية العضوية"، قادرة على نقل المعلومات بسرعة الضوء داخل أجهزة الكمبيوتر الكمومية وداخل الأجهزة الإلكترونية الأخرى ذات سرعات نقل عالية.
نُشرت الدراسة في المجلة العلمية Nature Communications، وستؤدي إلى تطوير مجال جديد للبحث في علم المواد، وسيكون لها تأثير مماثل لكيفية خفض المواد العضوية التكلفة وتسهيل إنتاج الثنائيات الباعثة للضوء ( (مصابيح LED) والخلايا الشمسية، كما يقول الباحث الرئيسي فنغ ليو، وهو أستاذ المواد والهندسة في جامعة يوتا.
يقول الباحث الرئيسي: "هذا هو أول دليل على الإطلاق فيما يتعلق بإمكانية وجود عوازل طوبولوجية تعتمد على مواد عضوية". "ستعمل النتائج التي توصلنا إليها على توسيع نطاق وتأثير هذه المواد في مجموعة متنوعة من التطبيقات، من الإلكترونيات السبينية إلى الحوسبة الكمومية."
وبينما لا يزال مطلوبًا من الباحثين الآخرين تصنيع العوازل الطوبولوجية العضوية الجديدة فعليًا، يوضح الباحث الرئيسي أن الأبحاث السابقة التي أجراها فريقه البحثي "تُظهر أنه من الممكن إنتاج واجهة بين نوعين من الطبقات من أجل إنشاء عوازل طوبولوجية في أي الإلكترونات تتحرك على طول تلك الواجهة."
أجرى فريق البحث حسابات نظرية للتنبؤ بإمكانية وجود عوازل طوبولوجية عضوية تعتمد على جزيئات ذات روابط كربون-كربون وروابط كربون-معدن، وهي مركبات تعرف باسم المركبات المعدنية العضوية. وللقيام بذلك، قام الفريق بفحص كيفية تحرك الإلكترونات على طول حواف هذا النوع من المركبات، وهي حواف تبدو وكأنها صفيحة من سياج حظيرة الدجاج.
في العوازل الطوبولوجية، تتصرف الجسيمات التي تتحرك فيها كما لو كانت حزمًا من الضوء عديمة الكتلة أو الوزن، وتقوم بتوصيل الكهرباء بينما تتحرك بسرعة هائلة على طول سطح المادة أو حوافها. ومع ذلك، عندما تخترق هذه الجسيمات المتحركة المادة نفسها، تنخفض موصليتها إلى نصف قيمتها الأصلية. علاوة على ذلك، فإن هذه الجسيمات لها خاصية تعرف باسم الدوران، أو الزخم الزاوي حول محور الجسيم الذي يتصرف كقطب مغناطيسي. توفر هذه الميزة للباحثين طريقة أخرى لإدخال المعلومات إلى الجسيم، حيث يمكن تسمية هذا الدوران بـ "أعلى" أو "أسفل". يمكن أن تكون مثل هذه الآلية مفيدة للأجهزة الإلكترونية المعتمدة على الدوران (مكونات الإلكترونيات السبينية) القادرة على تخزين المعلومات في شكل نوع شحنة الإلكترونات (إيجابية أو سلبية) وفي شكل نوع الدوران (أعلى أو أسفل). يوضح الباحث الرئيسي: "لقد تمكنا من عرض نظام يمكن من خلاله التحكم في دوران الإلكترون حتى يتمكن من نقل المعلومات". "تتميز هذه الميزة عن المكونات الإلكترونية العادية لأنها أسرع ولا يوجد خوف من توليد الحرارة."
وفي بداية العام، اكتشف فريق البحث أيضًا عازلًا طوبولوجيًا "قابلاً للعكس" في نظام من المركبات القائمة على البزموت، حيث يمكن التحكم في سلوك الإلكترونات عند السطح البيني بين طبقتين رقيقتين. على الرغم من أن العوازل الطوبولوجية غير العضوية المعتمدة على مواد مختلفة قد تمت دراستها بالفعل في العقد الماضي، إلا أن ذلك لم يتم القيام به بالنسبة للعوازل الطوبولوجية العضوية أو الجزيئية.
