ابتكار «ترانزستور» يعمل بكفاءة عالية ويقلل من استهلاك الطاقة

طور باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا «‏MIT‏» ترانزستورات نانوية ثلاثية الأبعاد، ‏قد تفتح الباب أمام جيل جديد من الأجهزة الإلكترونية ذات الكفاءة العالية في استهلاك الطاقة ‏والأداء المتفوق. ‏
وتستند الترانزستورات الجديدة إلى مواد شبه موصلة مختلفة عن السيليكون، مثل «الأنتيمونيد ‏الجاليوم» و«الإنديوم أرسنيد»، والتي تمكّنها من العمل بجهود كهربائية منخفضة مقارنة ‏بالتقنيات الحالية، وفق مجلة «نيتشر» العلمية.‏
وقالت المجلة: من بين التحديات التي تواجه الصناعة حالياً، هي الحدود الفيزيائية لتكنولوجيا ‏أشباه الموصلات المصنوعة من السيليكون، والتي أصبحت تقيد تطور الأجهزة الإلكترونية، ‏خاصة مع تنامي الحاجة لمزيد من القدرة الحاسوبية التي تتطلبها تطبيقات الذكاء الاصطناعي.‏
من جانبه، يقول المؤلف الرئيسي للبحث يانجي شاو الباحث في معهد ماساتشوستس ‏للتكنولوجيا (‏MIT‏): إنّ التكنولوجيا الجديدة لديها القدرة على استبدال السيليكون في العديد من ‏التطبيقات، حيث تعمل بنفس وظائف السيليكون، لكنها أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة.‏
وأضاف شاو: يعتمد الابتكار الجديد على ظاهرة ميكانيكا الكم المعروفة باسم “النفق الكمومي ‌‏” (‏Quantum Tunneling‏)، وهي خاصية تُمكّن الإلكترونات من اختراق حواجز الطاقة بدلاً من ‏تجاوزها، ما يُسهّل عملية التشغيل والإيقاف بسرعة وفعالية. ‏
بفضل هذا التأثير، تستطيع هذه الترانزستورات الانتقال بين حالتي “التشغيل” و”الإيقاف” ‏بجهد أقل، ما يعني كفاءة أفضل من جانب استهلاك الطاقة، وقد أظهرت التجارب التي أجريت ‏على هذه الترانزستورات أنها تحقق أداءً يفوق الأنواع التقليدية بنسبة 20 مرة.‏
وقد استخدم الباحثون تقنيات تصنيع دقيقة تمكنوا من خلالها من إنتاج أسلاك نانوية بقطر 6 ‏نانومترات، ما ساهم في تحقيق “منحدر تبديل” حاد، وهو معيار يوضح كفاءة الترانزستور ‏في الانتقال بين حالتي التشغيل والإيقاف بأقل طاقة ممكنة.‏
وتعدّ الترانزستورات المصنوعة من السيليكون، والتي تعمل كمضخمات ومفاتيح كهربائية، ‏أحد المكونات الأساسية في معظم الأجهزة الإلكترونية. ‏
وتواجه هذه الترانزستورات تحديات تمنع عملها عند جهد معين في درجات الحرارة العادية، ‏ما يؤدي إلى استهلاك كبير للطاقة، ونتيجة لذلك فإن الأجهزة الحديثة التي تعتمد على ‏السيليكون لا تستطيع تحقيق الأداء المطلوب بأقل استهلاك للطاقة.‏
وتأتي هذه الخطوة بعد أن وصلت الترانزستورات السيليكونية التقليدية إلى حدود فيزيائية تعوق ‏قدرتها على تقليل استهلاك الطاقة؛ ويتسبب في ضرورة استخدام جهد كهربائي معين لعمل ‏الترانزستورات، ما يعوق كفاءة العديد من الأجهزة الإلكترونية الحديثة.‏
إلى ذلك، يعمل الفريق الآن على تحسين تقنيات التصنيع لزيادة تجانس الترانزستورات على ‏الشريحة الواحدة، إضافة إلى دراسة هياكل جديدة قد تساعد في تحسين توزيع الترانزستورات ‏النانوية وتعزيز أدائها.‏
يشار إلى أنّ، مهندسين في جامعة “ديوك” الأميركية كانوا قد طوروا أول إلكترونيات مطبوعة ‏قابلة لإعادة التدوير بالكامل في العالم، إذ تم طباعة “الترانزستورات”، وهي العنصر الأهم في ‏الدوائر الإلكترونية، باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد وبتكلفة معقولة.‏
وأكدت الجامعة، إنّ هذا الابتكار سيسهم في الحد من النفايات الإلكترونية العالمية، مضيفة: إن ‌‏”الترانزستور” المطبوع قابل لإعادة التدوير بالكامل ويعمل بكامل طاقته ويمكن طباعته ‏بسهولة على الورق أو أي أسطح مرنة أخرى صديقة للبيئة.‏

سيرياهوم نيوز 2_تشرين