أصغر تبديل ممكن - ذرة ذهب واحدة

إن الهدف النهائي لتقنية النانو هو استخدام المنتجات في مجال الإلكترونيات وقد تقدمت خطوة كاملة - مفتاح ميكانيكي صغير جدًا ونوع جديد من المفاتيح الإلكترونية

أصغر مفتاح ميكانيكي بالإضافة إلى مفتاح إلكتروني من النوع الذي لم يسبق له مثيل من قبل. وهذه هي الطريقة التي لخص بها الفيزيائي ماريوس تروبرست نتائج أطروحته للدكتوراه حول التيار الكهربائي عبر الذرات والجسيمات. ويوضح قائلاً: "إن الهدف النهائي لتقنية النانو هو استخدام الجسيمات في مجال الإلكترونيات". "لقد تقدم هذا الهدف الآن خطوة كاملة."

يرجع التقدم الهائل في تكنولوجيا المعلومات بشكل أساسي إلى حقيقة أن المكونات الإلكترونية في أجهزة الكمبيوتر أصبحت أصغر فأصغر. والوسائل الأصغر بالطبع هي أسرع وأرخص. على مدى العقود الأربعة الماضية، تضاعف عدد الترانزستورات في جهاز الكمبيوتر كل عامين. ومع ذلك، في غضون عقد من الزمن سوف نصل إلى الحد المادي، كما يقدر الباحث. عند هذا الحد، فإن المبادئ الأساسية للترانزستور لم تعد تعمل بشكل صحيح.

إذا أردنا الاستمرار في تطوير أجهزة كمبيوتر أسرع، علينا أن نخترع أساليب جديدة. أحد الخيارات لذلك هو استخدام الذرات والفواصل. إن البحث الأساسي الذي أجراه هذا العالم حول مرور الإلكترونات عبر الذرات والجسيمات الفردية مناسب تمامًا لهذا النوع من الصيد.

أثناء بحثه، طور ماريوس طريقة مبتكرة لترتيب ذرات الذهب بحيث يمكن بناء مفتاح ميكانيكي صغير جدًا منها - ذرة واحدة فقط من الذهب هي التي تقوم بالاتصال. بالإضافة إلى ذلك، تمكن من بناء مفتاح إلكتروني متطور بنفس الأبعاد.

تعمل الطريقة من خلال ما يعرف بـ "تقاطع الكسر". أولاً، ثبت سلكًا ذهبيًا في شريط مرن من البلاستيك. الآن، من خلال ثني الشريط بعناية، يمتد الخيط الذهبي، على غرار مضغ العلكة. قبل أن ينكسر السلك مباشرة، يكون سُمكه ذرة ذهب واحدة. هناك انحناء آخر دقيق للغاية (على مقياس نانومتر) يحرك الحواف بعيدًا عن بعضها البعض قليلاً. على الرغم من أن الخيوط مفصولة الآن، إلا أن الفاصل لم يكتمل. بمجرد ثني الشريط بعناية للخلف، تندمج أطراف الخيوط مرة أخرى.

وكرر الباحث هذا الانحناء ذهابًا وإيابًا عدة مرات، بطريقة محكمة للغاية. في كل مرة يتمزق فيها السلك، يتم ترتيب الذرات عند كلا الطرفين بشكل مختلف. اكتشف الباحث أن عملية إعادة التنظيم هذه أصبحت تدريجيًا أكثر تنظيماً. في النهاية، تبدو الذرات مثل أهرامات كرات البلياردو المعبأة بعناية، وتكون قمة الهرم ذرة واحدة من الذهب. يقول الباحث: "من خلال تحريك الحواف ذهابًا وإيابًا لمسافة عُشر نانومتر فقط، يمكن تشغيل وإيقاف المفتاح المذكور أعلاه".

علاوة على ذلك، يسمح النظام باحتجاز حديد واحد بين الأطراف. وهذا مفيد لفحص الخصائص الإلكترونية لهذا العازل. عندما يتم تطبيق جهد كهربائي على الأطراف، فإن كل الشحنة الإلكترونية تمر عبر هذه الخلية المفردة في المنتصف.

استخدم الباحث ذرات الهيدروجين في هذا العمل. عند زيادة الجهد، تبدأ ذرات الهيدروجين بالاهتزاز بين طرفي أسلاك الذهب. واكتشف الباحث أن المقاومة تتغير فجأة وتنخفض بشكل حاد. يوضح الباحث: "يمكنك ببساطة تشغيل النظام وإيقافه عن طريق اهتزاز الأجزاء أو إيقافه". "لم يتم رؤية هذا النوع من التبديل من قبل."

على الرغم من أن الأمر يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالأفراس المهتزة، إلا أن السبب الدقيق لسلوك الدغدغة هذا لا يزال مجهولًا. ويشتبه الباحث في أن السبب يكمن في نوع من المرحلة الانتقالية. ولا تزال هناك حاجة إلى مزيد من البحث قبل أن تصبح هذه المفاتيح مفيدة. ومع ذلك، يشير الباحث إلى أن "ما هو واضح بالفعل هو أن الطريقة توفر رؤى جديدة حول الطرق التي يمكن من خلالها استخدام الخلايا كوحدات هيكلية وظيفية في إلكترونيات الغد".

الخبر الأصلي من الجامعة