تطوير سبيكة فريدة من عناصر المجموعة الرابعة لتعزيز التكنولوجيا الكمومية
نجح فريق من الباحثين في مركز «يوليش» للأبحاث ومعهد «لايبنتس» للإلكترونيات الدقيقة في ألمانيا في تطوير سبيكة مبتكرة تجمع بين عناصر المجموعة الرابعة في الجدول الدوري، والتي تشمل الكربون (C)، والسيليكون (Si)، والجرمانيوم (Ge)، والقصدير (Sn). تحمل هذه المادة الجديدة الاسم «CSiGeSn حجر الزاوية»، وتلعب دورًا هامًا في تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية، وأنظمة الليزر، والرقاقات القادرة على تحويل الحرارة إلى طاقة كهربائية.
ابتكار علمي في مجال الأنصاف الناقلة
بحسب نتائج الدراسة، تتميز السبيكة القابلة للاستخدام في التطبيقات الحديثة بتوافقها مع تقنيات تصنيع الرقائق الإلكترونية السائدة، مما يسمح بالتحكم الدقيق في الخصائص الإلكترونية والبصرية. هذا التطور يفتح الأبواب لتصميم ليزرات تعمل في درجات حرارة الغرفة، مما يسهل عملية الإنتاج ويقلل تكاليفها. وفي هذا الإطار، أوضح الدكتور دان بوكا، أحد مؤلفي الدراسة، أن الفريق حقق أخيرًا الهدف الذي ظل يسعى إليه طويلًا، وهو تطوير أنصاف نواقل تعتمد على عناصر المجموعة الرابعة في الجدول الدوري.
وأشار إلى أنه على الرغم من أنهم قاموا سابقًا بدمج الجرمانيوم والسيليكون والقصدير في تطبيقات الإلكترونيات الضوئية مثل الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) وكواشف الضوء، إلا أن دمج الكربون كان يعد تحديًا كبيرًا. ويرجع ذلك إلى صغر حجم الذرة الكربونية وسلوكها غير التقليدي، مما يجعل إضافتها محفوفة بالمخاطر نظراً لبنية روابط الكربون الفريدة. ولكن النجاح في تحقيق هذا الدمج منح السبيكة القدرة على التحكم الدقيق في خصائصها، مثل «عتبة الطاقة»، التي تحدد كيفية توصيل المادة للتيار الكهربائي أو انبعاث الضوء منها.
تعمل المادة الجديدة «CSiGeSn» على استبدال السيليكون في الدوائر الإلكترونية الكمومية، مما يسهل دمج الليزر والمكونات الضوئية مباشرة داخل الرقاقة الإلكترونية. ويعود ذلك بالفائدة على الأجهزة الصغيرة كالساعات الذكية والمستشعرات، من خلال قدرتها على تحويل الحرارة إلى كهرباء، مما يتيح التصنيع على نطاق واسع باستخدام تقنيات الإنتاج الحالية.
تمثل أنصاف النواقل الأساس الذي ترتكز عليه الإلكترونيات الحديثة، وبينما لا يزال السيليكون هو العنصر الرئيسي في صناعة الرقاقات، إلا أنه أصبح يعاني من قيود تقنية في التعامل مع الفوتونيات (تقنيات الضوء) والأنظمة الكمومية، ما يجعل البحث عن بدائل جديدة أمرًا ضروريًا في عصر التكنولوجيا الحديثة.