ابتكر علماء معهد وايزمان للعلوم أسلاكًا نانوية ذاتية التنظيم، وقاموا ببنائها في ترانزستورات ودوائر منطقية
أحد أكبر التحديات التي تواجه العلماء الذين يتعاملون مع الإلكترونيات النانوية يشبه إلى حد كبير التحدي الذي يتعلق بآباء الأطفال الصغار: كيفية تعليمهم "التعامل بمفردهم". إن المكونات الإلكترونية النانوية صغيرة جدًا بحيث لا توجد فرصة لإنشائها من خلال ترتيب خارجي. ويجب أن يكونوا "موثوقين" في تنظيم أنفسهم بشكل مستقل، وتزويدهم بالظروف التي تسمح بذلك.
يتم استثمار الكثير من الجهود في مجال التنظيم الذاتي في الأسلاك النانوية المصنوعة من مواد شبه موصلة - وهي اللبنات الأساسية للمكونات الإلكترونية - ولكن النجاحات في هذا المجال كانت، حتى وقت قريب، محدودة. لقد طور العلماء بالفعل طرقًا لتنمية الأسلاك النانوية عموديًا على السطح، لكن شكلها غير منتظم ويصل طولها إلى حد ما. لا تنتهي الصعوبات عند هذا الحد: بعد عملية النمو، يجب "حصاد" الأسلاك النانوية، ووضعها أفقيًا، والبحث عن المكان الذي سقطت فيه بالضبط (نظرًا لأن السقوط عشوائي)، وبعد ذلك فقط إنشاء دوائر كهربائية منها. فريق من العلماء بقيادة البروفيسور ارنستو يوسليفيتستمكن، من قسم المواد والسطوح في معهد وايزمان للعلوم، من التغلب على هذه القيود، ولأول مرة أنتج أسلاكًا نانوية تنظم نفسها بشكل مستقل، مع التحكم الكامل في موقعها واتجاهها وطولها. وسمحت عملية التصنيع الخاضعة للرقابة والمنظمة للعلماء بتجميع مئات الترانزستورات والبوابات المنطقية النشطة من الأسلاك النانوية التي تشكلت فيها.
الإنجاز الحالي والذي سينشر هذا الأسبوع في المجلة العلمية PNAS، مرتكز على طريقة طورها البروفيسور يوسليفيتس منذ حوالي عامين تم زراعة الأسلاك النانوية بطريقة أفقية ومنظمة. في الدراسة الحالية، التي شارك فيها الدكتور مارك شوارتزمان وديفيد تسيبيون من مجموعة البروفيسور يوسليفيتس، وأولغا رسلين والدكتورة ديانا ميلو من قسم فيزياء المواد المكثفة، أراد العلماء الذهاب خطوة أخرى إلى الأمام، وإنشاء دوائر كهربائية ذاتية التنظيم من الأسلاك النانوية. ولهذا كان عليهم تحقيق تحكم أكثر دقة في موضع الأسلاك النانوية.
وللقيام بذلك، ابتكر العلماء ما يشبه "القالب" بأخاديد رفيعة بحجم ذري، لتوجيه اتجاه تطور الأسلاك النانوية، ووضعوا محفزات تشكل "نواة النمو" للأنبوب النانوي في وسط الأنبوب النانوي. الحزوز. وبهذه الطريقة تمكنوا من الحصول على أسلاك نانوية ذات اتجاه وطول وموضع محدد. وفي وقت لاحق، أنشأ العلماء ترانزستورًا من كل سلك من الأسلاك النانوية الموجودة في القالب، وتمكنوا من إنشاء مئات الترانزستورات في نفس الوقت. تم استخدام الأسلاك النانوية أيضًا لإنشاء مكون كهربائي أكثر تعقيدًا - دائرة منطقية تسمى وحدة فك تشفير العنوان، وهي مكون أساسي في أجهزة الكمبيوتر. نجحت الدائرة المنطقية التي أنشأوها في ترجمة الأرقام الثنائية المكونة من 3 أرقام إلى أرقام طبيعية. بناءً على هذه الأفكار والنتائج الأولية، حصل البروفيسور يوسليفيتس على المنحة الأوروبية المتقدمة المرموقة من ERC.
"إن طريقتنا تجعل من الممكن تحديد ترتيب الأسلاك النانوية مسبقًا بحيث تناسب الدائرة الكهربائية التي نريد إنشاءها منها، بدلاً من "فرض" الدائرة الكهربائية على المكان الذي وصلت فيه الأسلاك النانوية بشكل عشوائي"، يوضح البروفيسور. يوسلافيتز. إن القدرة على إنشاء دوائر إلكترونية من أشباه الموصلات تنظم نفسها بشكل فعال تفتح الباب أمام مجموعة متنوعة من التطبيقات التكنولوجية، مثل أجهزة LED، والليزر، والخلايا الكهروضوئية، والمزيد.
