تطوير سبيكة فريدة تحل محل السيليكون في الدوائر الإلكترونية الكمومية

قام متخصصون من ألمانيا بتطوير سبيكة شبه موصلة فريدة، تجمع بين عناصر المجموعة الرابعة في الجدول الدوري، وهي الكربون (C)، والسيليكون (Si)، والجرمانيوم (Ge)، والقصدير (Sn).

أُجريت الدراسة من قبل باحثين من مركز "يوليش" للأبحاث (FZJ) ومعهد "لايبنتس" للإلكترونيات الدقيقة، ونُشرت نتائجها في المجلة العلمية المتخصصة Advanced Materials.

وتتميز السبيكة الجديدة بتوافقها مع تقنيات تصنيع الرقائق الإلكترونية الحالية، كما أنها تتيح التحكم الدقيق في الخصائص الإلكترونية والبصرية، مما يمهد الطريق لتصميم ليزرات تعمل في درجة حرارة الغرفة، وهو ما يُبسّط عملية الإنتاج ويقلل من تكلفتها.

وصرّح د. دان بوكا، أحد مؤلفي الدراسة: "بدمج هذه العناصر الأربعة، حققنا أخيرا الهدف طويل الأمد، وهو الحصول على أنصاف نواقل من عناصر المجموعة الرابعة في الجدول الدوري".

إقرأ المزيد

أول "قمر صناعي كمومي" إلى الفضاء

يُذكر أن أنصاف النواقل تُشكّل الأساس الذي تقوم عليه الإلكترونيات الحديثة بالكامل. ولا يزال السيليكون هو العنصر الرئيسي في صناعة الرقاقات، إلا أن إمكاناته التقنية وصلت إلى حدودها القصوى، إذ يعاني من قصور في التعامل مع الفوتونيات (تقنيات الضوء) والأنظمة الكمومية.

ومن المرجّح أن تصبح المادة الجديدة، التي أُطلق عليها مؤقتا اسم CSiGeSn، حجر الزاوية في تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية، وأنظمة الليزر، والرقاقات التي تُحوّل الحرارة إلى طاقة كهربائية.

وقد سبق للعلماء أن دمجوا الجرمانيوم والسيليكون والقصدير في أجهزة الإلكترونيات الضوئية مثل الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) وكواشف الضوء (Photodetectors)، لكن إضافة الكربون كانت تعتبر شبه مستحيلة بسبب صغر حجمه الذري وسلوكه غير التقليدي.

وكانت هذه الإضافة محفوفة بمخاطر عالية نظرًا لبنية روابط الكربون المتميزة، إلا أن نجاحها هو ما منح السبيكة القدرة على التحكم الدقيق في خاصية أساسية تُعرف بـ"عتبة الطاقة"، والتي تحدد كيفية توصيل المادة للتيار الكهربائي أو انبعاث الضوء منها.

ووفقا للباحثين، فإن المادة الجديدة CSiGeSn قادرة على: