تمكن الباحثون في الجامعة العبرية من تقليل الرقائق الهجينة - دون المساس بكفاءتها ودقتها.
 |
| التكنولوجيا التي يمكن أن تأخذنا إلى الجيل التالي من الهواتف الذكية |
تؤثر ثورة علوم النانو وتكنولوجيا النانو على حياتنا اليومية في مجموعة متنوعة من المجالات، من المواد الجديدة إلى الطاقة، من خلال معالجة المعلومات والاتصالات، والأجهزة الدقيقة، والانتهاء في مجالات الطب.
إن تصغير الأجهزة والمكونات إلى أبعاد نانومترية تجلب معها ظواهر كمية يجب معالجتها من ناحية، ومن ناحية أخرى يمكن استغلالها لمصلحة التقدمات العلمية والتكنولوجية.
يقوم مختبر البروفيسور أوريل ليفي من قسم الفيزياء التطبيقية ومركز علوم النانو وتقنية النانو في الجامعة العبرية بتطوير رقائق الفوتون النانوية لمجموعة متنوعة من التطبيقات منذ عدة سنوات. تمكن المختبر مؤخرًا من تطوير رقائق بحجم المليمتر، بما في ذلك أشكال نانومترية - هياكل بصرية مصغرة مصنوعة من السيليكون، إلى جانب خلايا مصغرة تحتوي على بخار ذرات الروبيديوم. في حين أن هذا قد يبدو معقدًا، فإن هذه الرقائق هي مستقبلنا، ونحن نستخدمها بالفعل اليوم كأساس للأجهزة المتقدمة مثل الساعات غير الشفافة، وأجهزة استشعار المجال المغناطيسي، وأجهزة تثبيت التردد والمزيد.
تكمن الصعوبة الرئيسية في تنفيذ التقنية ودمجها في الحد الأقصى في الحياة اليومية في حقيقة أن هذه الأجهزة كبيرة ومعقدة، يتم تصنيعها يدويًا وبتكاليف عالية نسبيًا، وتستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة، وتستهلك حجمًا كبيرًا، وهي يصعب تكامله مع الدوائر الإلكترونية المتقدمة على شريحة. هذا هو المكان الذي دخل فيه مختبر التصوير النانوي في الجامعة العبرية إلى العمل.
يقول البروفيسور ليفي: "لقد حقق المختبر تقدمًا غير مسبوق بمساعدة تصميم وتصنيع شريحة هجينة تحتوي على دوائر نانوية التوتر، والتي تجمع بين ذرات الروبيديوم نفسها". "مع هذا التقدم، درس المختبر فيزياء الرقائق وأظهر إمكاناتها في مجموعة متنوعة من التطبيقات."
لكن لم يكن كل شيء ورديًا. اتضح أن التصغير مهم جدًا بالفعل من أجل تقليل الأحجام واستهلاك الطاقة، وهو بالطبع أمر بالغ الأهمية لتقليل التكاليف والتكامل مع الإلكترونيات، لكن التصغير نفسه يضعف دقة الجهاز. وأوضح الباحث أن "الذرات تتحرك بسرعة كبيرة، حيث تمر شعاع الضوء الصغير داخل الشريحة الضوئية، وتصطدم بشكل متكرر بجدران الخلية، مما يتسبب في انحراف في تردد العمل، وهو انحراف يقلل بشكل كبير من دِقَّة الجهاز". الجانب العلمي للتأثير. كان هناك حاجة إلى تقدم آخر، والذي تحقق بالفعل.
يسمح التقدم الحالي من ناحية بالحفاظ على مبادئ التصغير والتكامل على الرقاقة، ومن ناحية أخرى للحصول على أقصى قدر من الدقة، يقترب من تلك التي تم الحصول عليها في الخلايا الأكبر. "يعتمد الابتكار الرئيسي على تصميم وتصنيع موجهات ضوئية نانومترية، وأسلاك شبيهة بالأسلاك الرقيقة بعدد من النانومترات المحققة في شكل أغشية رقيقة، ويمكن رؤيتها تحت المجهر مثل الجسور المعلقة بالهواء." هذه الأسلاك هي في الواقع ينفصل عن الركيزة التي يجلسون عليها ويمكن تصميمه بحيث تسمح أبعاد شعاع الضوء المتحرك داخل هذه الأسلاك بامتصاص الضوء بواسطة الذرات، مع الحفاظ على الدقة القصوى والأداء الأمثل "، يؤكد الباحث.
سمح هذا التقدم أيضًا لفريق البحث بالحصول على شرائح فريدة، مع أداء محسن، بالإضافة إلى إظهار أهميتها في مجموعة متنوعة من التطبيقات مثل تثبيت تردد الليزر عالي التردد، وحتى العمليات غير المعقدة التي تسمح بتحويل المعلومات من طول موجة واحد (لون)) على الدِّقَّة الذرية. تم نشر الورقة البحثية بأكملها، التي تصف كل هذه الإنجازات، في المجلة المرموقة Nature Photonics، والتي شارك فيها الدكتور روي زاكزر من قسم الفيزياء التطبيقية ومركز علم النانو وتكنولوجيا النانو.
وماذا يحمل المستقبل؟ لا يزال هناك العديد من التحديات. في مجموعة المقويات النانوية، يستمر تطوير الرقائق وصقلها، بهدف تقليلها بشكل أكبر، والتكامل مع المكونات الأخرى في الدائرة مثل الليزر وأجهزة الكشف. هذا سيجعل من الممكن تقليل إنتاج الرقائق بشكل أكبر وجعلها أكثر جاذبية.
في المستقبل، قد نرى هذه التكنولوجيا تخترق هواتفنا المحمولة، وتعمل كجهاز أساسي في مكونات "إنترنت الأشياء" (قدرة هاتفنا الذكي على التحكم في الأجهزة مثل إضاءة المنزل والغسالات والمزيد)، التي تتطلب الحد الأدنى من استهلاك الطاقة ودقة عالية. أيضًا، بالتعاون مع مجموعة بحثية جديدة في قسم الفيزياء التطبيقية بقيادة الدكتور ليرون ستيرن، الذي كان شريكًا مهمًا في التطوير الأصلي للتكنولوجيا، يعتقد الباحثون أنه يمكن دمج هذه الشرائح في أنظمة القياس والاستشعار الدقيقة، مناسب لأجهزة الحاسوب المحمولة لدينا، يعتمد على تقنية الأمشاط المبتكرة. التردد على شريحة. "
علاوة على ذلك، وربما الأهم من ذلك، يعتقد الباحثون أنه بعد سنوات عدّة دون حدوث قفزة جليلة ملحوظة وواضحة في الأجهزة المحمولة، قد يؤدي تطبيق التكنولوجيا التي طوروها إلى القفزة التكنولوجية التي طال انتظارها. "يحتوي هاتفنا الخلوي على العديد من أجهزة الاستشعار. وحقيقة أن رقائقنا أصغر حجمًا وأرخص ثمناً وأصغر، يجب أن تسمح بدمجها في أجهزة مثل الهاتف الخلوي. ويمكن استخدام هذه الشرائح كمستشعرات للوقت والتردد والمجالات الكهربائية والمجالات المغناطيسية والأبعاد وما شابه ذلك.
لذلك، إذا وضعناها في الهاتف في نهاية المطاف، فسنكون قادرين على تنفيذ وظائف الملاحة دون الحاجة إلى نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ذي الصلة في الأماكن غير المخصصة للاستقبال، وإنشاء صور ثلاثية الأبعاد للوجوه أو للأرقام والحروف ليتم كتابتها كما يظهر في الأفلام المستقبلية، سوف نكون قادرين على قياس موجات الدماغ وقد يقرأ الهاتف أيضًا أفكارنا (عندما نضع الهاتف بالقرب من رؤوسنا)، من المحتمل أن نتمكن من العثور على المعادن المفقودة خلف الجدران - مثل مفاتيح السيارة التي يبحث عنها الجميع في الصباح (المعادن تؤثر على المجالات الكهربائية والمغناطيسية)، وأشياء إبداعية أخرى لم نفكر فيها بعد. "كل شيء بالطبع على مستوى التكهنات، للأسف لا يزال هذا ليس شيئًا سيحدث صباح الغد."
في الختام، يقول البروفيسور ليفي إن "الرقائق الهجينة المصغرة ستكون الرقائق النهائية التي يمكن إنتاجها بكميات كبيرة بتكاليف منخفضة وخفيفة الوزن وتكامل واستهلاك أقل للطاقة ودقة ممتازة على نطاقات تردد واسعة. الأبعاد الصغيرة والطاقة المنخفضة والتكاليف المنخفضة تجعل التكنولوجيا المعنية عملية. هذا ببساطة تحقيق حلمي! "، يختتم البروفيسور ليفي.
