سأتحدث اليوم عن اكتشاف مادة #اشباه_موصلات جديدة ستسقط #السيليكون من عرش الصناعة بعد سنوات من تربعه عليها.
حيث ابتكر فريق من الباحثون في معهد جورجيا للتكنولوجيا أول شبه موصل وظيفي في العالم مصنوع من #الغرافين.
ومادة «الغرافين» أرق من شعرة الإنسان الواحدة بمليون مرة، وأقوى من الفولاذ، وتعتبر مادة الكربون ثنائية البعد، حيث إنها مصنوعة من طبقات مفردة من الغرافيت، خفيفة الوزن للغاية.
وإن هذا الإنجاز الذي حققه الفريق يفتح الباب أمام طريقة جديدة للتعامل مع عالم الإلكترونيات.
1️⃣
حيث ابتكر فريق من الباحثون في معهد جورجيا للتكنولوجيا أول شبه موصل وظيفي في العالم مصنوع من #الغرافين.
ومادة «الغرافين» أرق من شعرة الإنسان الواحدة بمليون مرة، وأقوى من الفولاذ، وتعتبر مادة الكربون ثنائية البعد، حيث إنها مصنوعة من طبقات مفردة من الغرافيت، خفيفة الوزن للغاية.
وإن هذا الإنجاز الذي حققه الفريق يفتح الباب أمام طريقة جديدة للتعامل مع عالم الإلكترونيات.
1️⃣
في البحث الأخير، الذي نُشر في مجلة Nature:
nature.com
ذكر #DeHeer دي هير:
يوجد لدينا الآن شبه موصل قوي للغاية من #الغرافين يتمتع بقدرة حركية تبلغ 10 أضعاف السيليكون، وله أيضًا خصائص فريدة غير متوفرة في السيليكون.
وقد بدأ دي هير وفريقه في استكشاف المواد المعتمدة على الكربون باعتبارها أشباه موصلات محتملة في وقت مبكر من حياته المهنية، ثم انتقل بعد ذلك إلى استكشاف الغرافين ثنائي الأبعاد في عام 2001. وكان يعلم حينها أن الغرافين له إمكانات في مجال الإلكترونيات.
وقال:
لقد حفزنا الأمل في إدخال ثلاث خصائص خاصة للغرافين في الإلكترونيات. إنها مادة قوية للغاية، يمكنها التعامل مع التيارات الكبيرة جدًا، ويمكنها القيام بذلك دون أن تسخن أو تنهار.
وحقق De Heer تقدمًا كبيرًا عندما اكتشف هو وفريقه كيفية زراعة الغرافين على رقائق كربيد السيليكون باستخدام أفران خاصة. لقد أنتجوا الغرافين الفوقي، وهو طبقة واحدة تنمو على وجه بلوري من كربيد السيليكون. ووجد الفريق أنه عندما تم تصنيعه بشكل صحيح، ارتبط الجرافين الفوقي كيميائيًا بكربيد السيليكون وبدأ في إظهار خصائص شبه موصلة.
وعلى مدى العقد التالي، استمروا في تحسين المادة في جامعة جورجيا للتكنولوجيا، ثم بالتعاون مع زملائهم في مركز تيانجين الدولي للجسيمات النانوية والأنظمة النانوية في جامعة تيانجين في الصين.
وأسس دي هير المركز في عام 2014 مع لي ما، مدير المركز والمؤلف المشارك للورقة البحثية.
2️⃣
nature.com
ذكر #DeHeer دي هير:
يوجد لدينا الآن شبه موصل قوي للغاية من #الغرافين يتمتع بقدرة حركية تبلغ 10 أضعاف السيليكون، وله أيضًا خصائص فريدة غير متوفرة في السيليكون.
وقد بدأ دي هير وفريقه في استكشاف المواد المعتمدة على الكربون باعتبارها أشباه موصلات محتملة في وقت مبكر من حياته المهنية، ثم انتقل بعد ذلك إلى استكشاف الغرافين ثنائي الأبعاد في عام 2001. وكان يعلم حينها أن الغرافين له إمكانات في مجال الإلكترونيات.
وقال:
لقد حفزنا الأمل في إدخال ثلاث خصائص خاصة للغرافين في الإلكترونيات. إنها مادة قوية للغاية، يمكنها التعامل مع التيارات الكبيرة جدًا، ويمكنها القيام بذلك دون أن تسخن أو تنهار.
وحقق De Heer تقدمًا كبيرًا عندما اكتشف هو وفريقه كيفية زراعة الغرافين على رقائق كربيد السيليكون باستخدام أفران خاصة. لقد أنتجوا الغرافين الفوقي، وهو طبقة واحدة تنمو على وجه بلوري من كربيد السيليكون. ووجد الفريق أنه عندما تم تصنيعه بشكل صحيح، ارتبط الجرافين الفوقي كيميائيًا بكربيد السيليكون وبدأ في إظهار خصائص شبه موصلة.
وعلى مدى العقد التالي، استمروا في تحسين المادة في جامعة جورجيا للتكنولوجيا، ثم بالتعاون مع زملائهم في مركز تيانجين الدولي للجسيمات النانوية والأنظمة النانوية في جامعة تيانجين في الصين.
وأسس دي هير المركز في عام 2014 مع لي ما، مدير المركز والمؤلف المشارك للورقة البحثية.
2️⃣
وأظهرت قياسات الفريق أن #أشباه_الموصلات من الغرافين تتمتع بقابلية تنقل أكبر بعشر مرات من السيليكون. بمعنى آخر، تتحرك الإلكترونات بمقاومة منخفضة جدًا، وهو ما يُترجم في مجال الإلكترونيات إلى حوسبة أسرع.
قال دي هير: "الأمر يشبه القيادة على طريق مرصوف بالحصى مقابل القيادة على طريق سريع". "إنه أكثر كفاءة، ولا يسخن كثيرًا، ويسمح بسرعات أعلى حتى تتمكن الإلكترونات من التحرك بشكل أسرع."
ويعد منتج الفريق حاليًا هو شبه الموصل ثنائي الأبعاد الوحيد الذي يتمتع بجميع الخصائص اللازمة لاستخدامه في الإلكترونيات النانوية، كما أن خواصه الكهربائية تتفوق بكثير على أي أشباه موصلات ثنائية الأبعاد أخرى قيد التطوير حاليًا.
وقال ما: "هناك مشكلة طويلة الأمد في إلكترونيات الجرافين وهي أن الغرافين لم يكن لديه فجوة النطاق الصحيحة ولا يمكنه التشغيل والإيقاف بالمعدل الصحيح". "على مر السنين، حاول الكثيرون معالجة هذا الأمر بمجموعة متنوعة من الأساليب. وتحقق تقنيتنا فجوة النطاق، وهي خطوة حاسمة في تحقيق الإلكترونيات القائمة على الغرافين.
3️⃣
قال دي هير: "الأمر يشبه القيادة على طريق مرصوف بالحصى مقابل القيادة على طريق سريع". "إنه أكثر كفاءة، ولا يسخن كثيرًا، ويسمح بسرعات أعلى حتى تتمكن الإلكترونات من التحرك بشكل أسرع."
ويعد منتج الفريق حاليًا هو شبه الموصل ثنائي الأبعاد الوحيد الذي يتمتع بجميع الخصائص اللازمة لاستخدامه في الإلكترونيات النانوية، كما أن خواصه الكهربائية تتفوق بكثير على أي أشباه موصلات ثنائية الأبعاد أخرى قيد التطوير حاليًا.
وقال ما: "هناك مشكلة طويلة الأمد في إلكترونيات الجرافين وهي أن الغرافين لم يكن لديه فجوة النطاق الصحيحة ولا يمكنه التشغيل والإيقاف بالمعدل الصحيح". "على مر السنين، حاول الكثيرون معالجة هذا الأمر بمجموعة متنوعة من الأساليب. وتحقق تقنيتنا فجوة النطاق، وهي خطوة حاسمة في تحقيق الإلكترونيات القائمة على الغرافين.
3️⃣
ووفقا لدي هير، فإنه من المألوف أن نرى جيلا آخر من الإلكترونيات في طريقه الى الاسواق.
تاريخيا، كانت هناك أنابيب مفرغة، وقبل ذلك، كانت هناك الأسلاك والتلغراف. ثم جاء السيليكون الذي يعتبر اهم الخطواتفي تاريخ الإلكترونيات، ولكن الخطوة التالية يمكن أن تكون #الغرافين.
واضاف دي هير:
بالنسبة لي، هذه بمثابة لحظة الأخوين رايت في عالم الطيران. لقد صنعوا طائرة يمكنها الطيران لمسافة 300 قدم في الهواء. لكن المتشككين تساءلوا لماذا يحتاج العالم إلى الطيران بينما لديه بالفعل قطارات وقوارب سريعة.
لكن الاخوين أصروا، وكانت تلك بداية التكنولوجيا التي يمكن أن تأخذ الناس عبر المحيطات.
4️⃣
تاريخيا، كانت هناك أنابيب مفرغة، وقبل ذلك، كانت هناك الأسلاك والتلغراف. ثم جاء السيليكون الذي يعتبر اهم الخطواتفي تاريخ الإلكترونيات، ولكن الخطوة التالية يمكن أن تكون #الغرافين.
واضاف دي هير:
بالنسبة لي، هذه بمثابة لحظة الأخوين رايت في عالم الطيران. لقد صنعوا طائرة يمكنها الطيران لمسافة 300 قدم في الهواء. لكن المتشككين تساءلوا لماذا يحتاج العالم إلى الطيران بينما لديه بالفعل قطارات وقوارب سريعة.
لكن الاخوين أصروا، وكانت تلك بداية التكنولوجيا التي يمكن أن تأخذ الناس عبر المحيطات.
4️⃣
وكخلفية عن الغرافين:
فان #الغرافين مادة شفافة ومرنة اكتشفت بداية القرن الواحد والعشرين، وتتكون من طبقة وحيدة من ذرات الكربون، وهي مرتبطة في شكل سداسي يشبه خلايا النحل مكونة شبكة مسطحة ثنائية الأبعاد سمكها ذرة واحدة. وتعتبر أقوى من الألماس وموصلا فائقا للكهرباء والحرارة أفضل من أي مادة موصلة أخرى.
وفي عام 2004 نجح عالمان من أصل روسي يعملان في جامعة #مانشستر ببريطانيا هما أندريه جيم وكوستانتسن نوفوسيلوف في إنتاج وعزل وتحديد وتوصيف ذرات الغرافين، واكتشفا خصائصه الفيزيائية باستخدام شريط لاصق عادي.
وبعد سلسلة من التجارب استخلص العالمان رقاقة من الغرافين بسمك ذرة واحدة. وحصلا على #جائزة_نوبل في #الفيزياء عام 2010 لأعمالهما الرائدة في مجال بلورات الذرات الثنائية الأبعاد.
5️⃣
فان #الغرافين مادة شفافة ومرنة اكتشفت بداية القرن الواحد والعشرين، وتتكون من طبقة وحيدة من ذرات الكربون، وهي مرتبطة في شكل سداسي يشبه خلايا النحل مكونة شبكة مسطحة ثنائية الأبعاد سمكها ذرة واحدة. وتعتبر أقوى من الألماس وموصلا فائقا للكهرباء والحرارة أفضل من أي مادة موصلة أخرى.
وفي عام 2004 نجح عالمان من أصل روسي يعملان في جامعة #مانشستر ببريطانيا هما أندريه جيم وكوستانتسن نوفوسيلوف في إنتاج وعزل وتحديد وتوصيف ذرات الغرافين، واكتشفا خصائصه الفيزيائية باستخدام شريط لاصق عادي.
وبعد سلسلة من التجارب استخلص العالمان رقاقة من الغرافين بسمك ذرة واحدة. وحصلا على #جائزة_نوبل في #الفيزياء عام 2010 لأعمالهما الرائدة في مجال بلورات الذرات الثنائية الأبعاد.
5️⃣
وتعد #أشباه_الموصلات اللبنات الأساسية في جميع أجهزة الكمبيرتر الحديثة، وتستخدم في تصنيع المفاتيح الإلكترونية التي تسمى الترانزستور، وهي المكونات الدقيقة التي تقوم بتكبير وتضخيم الإشارات الإلكترونية والكهربائية وتجري العمليات الحسابية داخل الكمبيوتر.
ولذلك سيفتح #الغرافين ابوابا لعدة صناعات مثل:
🔅 صناعة خلايا شمسية عالية الفعالية، وأقل سماكة وأخف وزناً بآلاف المرات من المواد التي تعتمد على السيليكون.
🔅ويمكن استعمال الغرافين في صناعة المكون الأساسي لرقائق الحاسوب الأكثر قوة عبر تسريع تدفق الإلكترونات داخلها.
🔅وكذلك لتصنيع شاشات تلفزيونات البلازما أو الهواتف المحمولة والإلكترونيات القابلة للطي.
🔅ومن المتوقع أن يستخدم بقوة في صناعة البطاريات الكهربية لزيادة كفاءتها وسعتها التخزينية.
🔅وستمتد تطبيقات الغرافين إلى تقنيات أخرى كالاتصالات والتصوير والكشف الموجي والكشف عن الأسلحة، وكذلك في مجال البيولوجيا للكشف عن متتاليات الحمض النووي، نظرا لما تتطلبه هذه التطبيقات من سرعة فائقة في المعالجات.
🔅 ويمكن ان يستخدم في تنقية وتحلية المياه.
6️⃣
ولذلك سيفتح #الغرافين ابوابا لعدة صناعات مثل:
🔅 صناعة خلايا شمسية عالية الفعالية، وأقل سماكة وأخف وزناً بآلاف المرات من المواد التي تعتمد على السيليكون.
🔅ويمكن استعمال الغرافين في صناعة المكون الأساسي لرقائق الحاسوب الأكثر قوة عبر تسريع تدفق الإلكترونات داخلها.
🔅وكذلك لتصنيع شاشات تلفزيونات البلازما أو الهواتف المحمولة والإلكترونيات القابلة للطي.
🔅ومن المتوقع أن يستخدم بقوة في صناعة البطاريات الكهربية لزيادة كفاءتها وسعتها التخزينية.
🔅وستمتد تطبيقات الغرافين إلى تقنيات أخرى كالاتصالات والتصوير والكشف الموجي والكشف عن الأسلحة، وكذلك في مجال البيولوجيا للكشف عن متتاليات الحمض النووي، نظرا لما تتطلبه هذه التطبيقات من سرعة فائقة في المعالجات.
🔅 ويمكن ان يستخدم في تنقية وتحلية المياه.
6️⃣
وقد احتفت الاوساط العلمية ووكالات الانباء بهذا الابتكار فور اعلانه متوقعين عصرا جديدا لاشباه الموصلات من #الغرافين والصناعات المتعلقها بها. مما قد يتيح تصنيع أجهزة لم تخطر على بال الأجيال الحالية.
7️⃣
7️⃣
ورد اسم De Heer دون التعريف به.
وهو البروفيسور والتر دي هير، عالم الفيزياء في معهد جورجيا للتكنولوجيا بالولايات المتحدة، وكبير مؤلفي هذه الدراسة.
8️⃣
وهو البروفيسور والتر دي هير، عالم الفيزياء في معهد جورجيا للتكنولوجيا بالولايات المتحدة، وكبير مؤلفي هذه الدراسة.
8️⃣
⭕️ هناك نقطة مهمه في هذا الابتكار وهي:
tomshardware.com
أن #الغرافين الفوقي الذي ابتكره فريق البحث يحقق فجوة نطاق مرغوبة لتطبيقات الإلكترونيات ولديها إمكانات كامنة لأجهزة الحوسبة #الكمومية المستقبلية.
⭕️ ولمعرفة اكثر عن اهمية الغرافين انصح بزيارة الرابط التالي 👇
thoughtco.com
.
.
9️⃣
tomshardware.com
أن #الغرافين الفوقي الذي ابتكره فريق البحث يحقق فجوة نطاق مرغوبة لتطبيقات الإلكترونيات ولديها إمكانات كامنة لأجهزة الحوسبة #الكمومية المستقبلية.
⭕️ ولمعرفة اكثر عن اهمية الغرافين انصح بزيارة الرابط التالي 👇
thoughtco.com
.
.
9️⃣
جاري تحميل الاقتراحات...