مادة كمومية ثورية تمهد الطريق لأجهزة إلكترونية أسرع ألف مرة

تخيل أن لديك مصباحا كهربائيا يحتاج إلى سلك موصل للكهرباء لكي يضيء، وآخر عازلا لمنع مرور التيار في أماكن معينة.

وحتى الآن، كانت الأجهزة الإلكترونية تعتمد على مواد مختلفة لأداء هذين الدورين، ولكن فريقا بحثيا من جامعة نورث إيسترن الأميركية تمكن من تطوير مادة كمومية تستطيع التغير بين حالتي التوصيل والعزل بسرعة مذهلة، مما قد يُحدث ثورة في عالم الإلكترونيات.

والمادة الكمومية نوع خاص من المواد تظهر خصائص فيزيائية غريبة وفريدة بسبب تأثيرات ميكانيكا الكم داخلها، أي أن سلوك الإلكترونات داخلها لا يتبع القوانين العادية للمواد، بل يخضع لقوانين ميكانيكا الكم، مما يؤدي إلى ظهور خواص غير معتادة مثل التوصيل الفائق، والمغناطيسية الغريبة، أو تغيرات سريعة في حالة التوصيل الكهربائي.

واستخدم الباحثون بهذا الإنجاز -الذي تم الإعلان عنه في دورية “نيتشر فيزيكس”- مادة مركبة من التانتالوم والكبريت (تشتهرباسم “تاس2”) وهي مركب كيميائي ينتمي لفئة المواد الثنائية الأبعاد مثل الجرافين، وتتميز بترتيب إلكتروني معقد يجعلها تتغير بين حالات مختلفة مثل الحالة المعدنية الموصلة للكهرباء، والحالة العازلة.

وما قام به الباحثون في الدراسة الجديدة هو ابتكار طريقة جديدة للتحكم في هذه المادة، بحيث يمكنهم تغيير حالتها الكهربائية بسرعة وثبات عند درجات حرارة قريبة من حرارة الغرفة، وهو إنجاز لم يكن متاحا سابقا.

البناء على ما سبق

ويبني هذا الإنجاز على أعمال سابقة استخدمت نبضات ليزر فائقة السرعة لتغيير كيفية توصيل المواد للكهرباء بشكل مؤقت، لكن تلك التغييرات كانت تدوم لفترات قصيرة جدا وعادةً في درجات حرارة منخفضة للغاية.

ولكن الباحثين يؤكدون في دراستهم أنهم تمكنوا مع المادة الكمومية المطورة من الاحتفاظ بالحالة الموصلة أو العازلة لفترات طويلة عند درجات حرارة قريبة من حرارة الغرفة، وهو ما لم يكن ممكنا سابقا.

وأوضحوا أن التحويل بين التوصيل والعزل عند الحاجة يتحقق بمجرد تسليط ضوء أو استخدام حرارة معينة، مما يجعل الأجهزة الإلكترونية أصغر في الحجم وأكثر كفاءة وأسرع في الأداء.

ويقول ألبرتو دي لا توري أستاذ مساعد في الفيزياء بجامعة نورث إيسترن والمؤلف الرئيسي للبحث في بيان نشره موقع الجامعة “هذا الاكتشاف يفتح الباب أمام تطوير أجهزة حاسوب وهواتف ذكية أسرع كثيرا، حيث يمكن التحكم في تدفق الكهرباء في المادة بسرعة تقارب سرعة الضوء، مما يعني أداء غير مسبوق ينقل سرعة المعالجات من غيغاهيرتز إلى تيراهيرتز، مما يجعل الحواسيب أسرع بألف مرة”.

ويضيف أن “هذه الخطوة تمثل بداية عصر جديد في عالم الإلكترونيات، قد يحل محل تكنولوجيا السيليكون الحالية ويغير شكل الأجهزة الإلكترونية التي نستخدمها يوميا”.