تمكن علماء شركة IBM من قياس القوة الدقيقة المطلوبة لتحريك ذرة واحدة

توفر طريقة القياس الأساسية هذه معلومات مهمة في طريقة تصميم وتصنيع الأجهزة والمكونات المستقبلية على المستوى الذري: رقائق الكمبيوتر وأنظمة التخزين وغيرها من الأجهزة

تمكن علماء شركة IBM، بالتعاون مع باحثين في جامعة ريغنسبورغ في ألمانيا، من قياس القوة اللازمة لتحريك ذرة واحدة عبر سطح معين لأول مرة.

توفر طريقة القياس الأساسية هذه معلومات مهمة في طريقة تصميم وتصنيع الأجهزة والمكونات المستقبلية على المستوى الذري: رقائق الكمبيوتر وأنظمة التخزين وغيرها من الأجهزة.

منذ حوالي عشرين عاماً، سجل أحد الباحثين في مختبرات ألمادن التابعة لشركة آي بي إم في الولايات المتحدة إنجازاً علمياً تاريخياً. وأثبت الباحث دون إيجلر إمكانية بناء هياكل صغيرة تعتمد على مناورة الذرات الفردية كل في مكانه. وفي عام 1989، تم الكشف لأول مرة لعامة الناس عن إمكانية التعامل مع الذرة الفردية بدقة ذرية. استخدم إيجلر التكنولوجيا التي طورها لكتابة IBM من ذرات فردية من مادة الزينون - وهو الحدث الذي تمت مقارنة آثاره التكنولوجية والعلمية المستقبلية بتلك التي حدثت في رحلة الأخوين رايت الأولى.

إن المجموعة الحالية من الابتكارات الصادرة عن مختبرات IBM، بالتعاون مع باحثين في جامعة ريغنسبورغ، هي خطوة مهمة نحو قياس القوى الصغيرة اللازمة للتعامل مع الذرة الفردية. ونشرت نتائج البحث في العدد الجديد من المجلة العلمية Science.

إن فهم القوة اللازمة لتحريك ذرات معينة على سطح معين هو المفتاح لتصميم وبناء هياكل صغيرة من شأنها تمكين تطبيقات تكنولوجيا النانو. إن المشكلة موازية لتلك التي يواجهها العلماء والمهندسون الذين أرادوا دراسة وتحليل القوى والقواعد في بناء المباني الأكبر حجما، منذ عقود مضت. وبالتالي، على سبيل المثال، بناء جسر حديث غير ممكن دون القياس المسبق لقوة المواد المختلفة المتوقع دمجها فيه، وفهم القوى ذات الصلة التي ستعمل على كل جزء من الجسر، وتحليل التفاعل بين هذه الأجزاء. في عالم تكنولوجيا النانو، فإن وضع البنية المرغوبة في مكان دقيق ودائم على السطح يتطلب ذرات مرتبطة ببعضها البعض في رابطة قوية ("لزجة")، في حين أن الذرات المطلوب أن تكون متحركة يجب أن ترتبط ببعضها البعض. بعضهم البعض في روابط أضعف.

توفر نتائج البحث الجديد لشركة IBM معلومات أساسية عن الأنسجة المادية على المستوى الذري، وقد تمهد الطريق لتطوير أجيال جديدة من مكونات التخزين والذاكرة. وينص المقال العلمي الذي يحمل عنوان "القوة اللازمة لتحريك ذرة عبر سطح ما" على أن تحريك ذرة واحدة من الكوبالت على سطح من البلاتين يتطلب قوة مقدارها 210 بيكو نيوتن، في حين أن تحريك نفس الذرة على سطح نحاسي يبذل قوة قدرها 17 فقط. بيكو نيوتن. ومن أجل المقارنة: فإن القوة المطلوبة لتحريك عملة نحاسية سنت واحدة تزن 3 جرامات تبلغ حوالي 30 مليار بيكو نيوتن.

إن المعرفة الجديدة التي توصل إليها علماء IBM ستمكن من فهم أعمق للعمليات على المستوى الذري، والتي من المتوقع أن تكون في قلب تطور تكنولوجيا النانو في المستقبل، وتطبيقها في مجالات الحوسبة والطب. ومن المتوقع أن يقدم التقدم في هذا المجال إجابة لواحد من أكبر التحديات في عالم الحوسبة - وهو الانكماش المستمر والتصغير للمكونات والترانزستورات والدوائر، بالمعدل الذي تنبأ به قانون مور - حتى في المرحلة التي سوف تصل أبعاد خطوط الموصلات والترانزستورات إلى حجم الذرات الفردية.

من أجل قياس قوة القوة اللازمة للتعامل مع الذرات الفردية، استخدم الباحثون في مختبرات IBM مجهر القوة الذرية - AFM - الذي يقيس قوة القوة واتجاهها، عندما يتم استخدام طرف معدني صغير لتحريك جسم ما. ذرة واحدة. اكتشف الفريق تباينًا كبيرًا بشكل خاص، وفقًا لنوع السطح الذي توضع عليه هذه الذرة.