عدد اليوم
أجرى فريق من الباحثين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) دراسة لتطوير ترانزستورات مجهرية، تُعرف بالترانزستورات النانوية، لتصبح بديلاً أكثر كفاءة عن الترانزستورات المصنوعة من السيليكون.
تُستخدم الترانزستورات في معظم الأجهزة الإلكترونية بدءاً من الهواتف ووصولاً للحواسيب الخارقة، وتعد بمثابة حجر الأساس الذي لا غنى عنه في ثورة تقنيات تصنيع المعالجات الحديثة، لكن هذا المكون يواجه تحدياً أساسياً، إذ لا يمكنه العمل بجهد منخفض بسبب حد فيزيائي يسمى "طغيان بولتزمان". هذا يعني أن الأجهزة التي تعتمد على السيليكون تستنزف طاقة أكثر مما يجب، خصوصًا مع تطور تقنيات الذكاء الاصطناعي التي تحتاج سرعةً وكفاءةً أكبر.
كيف تختلف الترانزستورات النانوية الجديدة؟
لتخطي هذا التحدي، قام الباحثون بتصميم نوع جديد من الترانزستورات باستخدام مواد شبه موصلة دقيقة جداً. تمتاز هذه الترانزستورات بأنها صغيرة جداً لدرجة يمكن قياس عرضها ببضع نانومترات فقط (أي أصغر من عرض شعرة الإنسان بأضعاف عديدة). وبفضل تصميمها، يمكن لهذه الترانزستورات العمل بجهد أقل بكثير من الترانزستورات التقليدية، مما يجعلها أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة، دون أن تخسر من أدائها القوي.
تقنية "النفاذ الكمومي" كيف تجعل الترانزستورات أكثر كفاءة؟
اعتمد الباحثون في تصميم الترانزستورات الجديدة على خاصية فيزيائية كمومية تسمى "النفاذ الكمومي". ببساطة، في الترانزستورات التقليدية، تحتاج الإلكترونات إلى طاقة كافية لتجاوز حاجز معين حتى ينتقل الترانزستور من حالة الإيقاف إلى التشغيل. أما في الترانزستورات النانوية الجديدة، فإن الإلكترونات تستطيع "اختراق" هذا الحاجز بدلاً من تجاوزه، مما يسمح للترانزستور بالعمل بجهد منخفض وبكفاءة أكبر في استهلاك الطاقة.
أقرأ أيضاً.. "أوبن إي آي" تدخل عالم تصميم الرقائق الخاصة لمنافسة "إنفيديا"
خطوات دقيقة لتصنيع الترانزستورات النانوية
بفضل أدوات دقيقة ومتقدمة، نجح فريق الباحثين في إنتاج ترانزستورات بقياس نانومتري (أي في حدود بضعة نانومترات). هذا التصميم المتناهي في الصغر يساعد في تحقيق أداء قوي حيث يصبح التيار الكهربائي أعلى والتبديل بين حالتي التشغيل والإيقاف أسرع وأكثر حدة. هذا التصميم الصغير أيضاً يمكّن الباحثين من وضع عدد أكبر من الترانزستورات على شريحة واحدة، مما يعني أن الأجهزة التي ستعتمد على هذه الترانزستورات ستكون أسرع وأقوى، وأيضاً أكثر كفاءة من حيث استهلاك الطاقة.
تحديات وتطلعات مستقبلية
لا يزال هناك تحديات أمام تطبيق هذه الترانزستورات على نطاق واسع، حيث يجب تحسين تصنيعها بحيث تكون متناسقة في الأداء عبر الشريحة بالكامل. الفريق البحثي مستمر في العمل على تحسين هذه التقنية لضمان استخدامها في جميع أنواع الأجهزة الإلكترونية مستقبلاً، حيث يمكن أن توفر الترانزستورات النانوية بديلاً فعالاً وموفراً للطاقة عن الترانزستورات السيليكونية المستخدمة حالياً.
باختصار، هذه الترانزستورات النانوية الجديدة تفتح الباب أمام جيل جديد من الإلكترونيات التي ستعمل بطاقة أقل، مما يتيح لها العمل بكفاءة أكبر وسرعة أعلى، ما يعزز تطور الأجهزة الذكية والتقنيات المستقبلية.
