قد يلعب الفحم دور حيوي في الجيل التالي من الأجهزة الإلكترونية، عبر توظيفه من خلال عمليات متخصصة في بناء مواد عالية النقاء يبلغ سمكها بضع ذرات فقط. ويمكن أن تؤدي أكثر من وظيفة داخل الأجهزة، حسب ما أظهر جهد بحثي مشترك بين باحثين من أميركا وتايوان.

وكشف دورية ” كومينيكيشن إنجينيرينغ”، تفاصيل هذا الجهد المشترك بين الباحثين الأميركيين من “جامعة إلينوي أوربانا شامبين” و”المختبر الوطني لتكنولوجيا الطاقة” و”مختبر أوك ريدج الوطني”. وزملائهم بـ”شركة تصنيع أشباه الموصلات التايوانية”. فقد قاموا بتطوير عملية تحول الفحم إلى أقراص كربونية نانوية الحجم تستخدم لتكوين أغشية رقيقة جداً مناسبة للتطبيق في الترانزستورات والذاكرات ثنائية الأبعاد. وهي مكونات أساسية للإلكترونيات المتقدمة.

ووفق الدراسة فإن “الميزة الرئيسية لهذا الابتكار هي إنشاء تلك العوازل ذرية الحجم باستخدام طبقات الكربون المشتقة من الفحم. مما يسمح ببناء أجهزة إلكترونية أصغر حجما وأسرع وأكثر كفاءة”.

وتضيف الدراسة أن الباحثين استكشفوا أيضاً الدور الذي يمكن أن تلعبه طبقات الكربون الذرية في عمل “الميمرستورات”. وهي مكونات إلكترونية قادرة على تخزين ومعالجة البيانات، حيث وجدوا أن الاعتماد على طبقات الكربون الرفيعة جداً المشتقة من الفحم كعوازل. يساعدها على تعزيز دقة وموثوقية تخزين البيانات، وهو تقدم حاسم في تنفيذ تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي.

خطوات تحويل “الفحم”

ووصفت الدراسة خطوات تحويل الفحم إلى مادة مفيدة في الأجهزة وهي:

تجهيز الفحم من خلال الحصول على البقايا الصلبة التي تُترك بعد الاحتراق غير الكامل أو التحلل الحراري للفحم. من ثم تكوين أقراص الكربون النانوية من خلال تحول البقايا الصلبة إلى أقراص كربونية نانوية تُعرف باسم “نقاط الكربون”.

ومن ثم تجميع نقاط الكربون لتكوين أغشية رقيقة ذرياً. تعمل كأساس لإنشاء طبقات الكربون الرقيقة للغاية اللازمة للأجهزة الإلكترونية. وبعدها تكوين عوازل رفيعة ذرياً من طبقات الكربون المشتقة من البقايا الصلبة للفحم. وصُممت هذه الطبقات خصيصا بحيث تحتوي على هياكل ذرية غير منتظمة الشكل. مما يسمح لها بالعمل بفعالية كعوازل في بناء أجهزة ثنائية الأبعاد مثل الترانزستورات والميمريستورات.

وأخيراً التطبيق في الأجهزة الإلكترونية من خلال دمج طبقات الكربون في بناء الترانزستورات والذاكرات ثنائية الأبعاد. حيث تُستخدم في الترانزستورات كبوابات عازلة. مما يتيح تشغيل الجهاز بشكل أسرع واستهلاك أقل للطاقة مقارنة بالمواد التقليدية في الميمرستورات. وتعمل هذه الطبقات كعوازل تسهل تكوين الخيوط بسرعة، وانخفاض استهلاك الطاقة. وتعزيز موثوقية تخزين البيانات لتطبيقات الذكاء الاصطناعي.

وعلى الرغم مما تحقق في هذه الدراسة. فإن نتائجها لا تعدو أن تكون مجرد إثبات مبدأ لاستخدام طبقات الكربون المشتقة من الفحم في الأجهزة الإلكترونية حسب مختصين.

ولم تتطرق الدراسة إلى تفاصيل الخطوات التالية نحو التطبيق الصناعي، ولكن الأستاذ بقسم علوم وهندسة المواد بجامعة إلينوي أوربانا شامبين والباحث الرئيسي بالدراسة تشينغ كاو. قال في بيان صحفي نشره الموقع الإلكتروني للجامعة. إنهم أنتجوا أجهزة توفر الدليل على مبدأ استخدام طبقات الكربون المشتقة من الفحم في الأجهزة ثنائية الأبعاد. وما تبقى هو إظهار إمكانية تصنيع مثل هذه الأجهزة على نطاق واسع.

وأضاف “نحن مهتمون جدا بهذا الأمر، وسنحاول الوفاء بهذا الوعد خلال السنوات القليلة المقبلة”.

المصدر: مواقع إلكترونية

اقرأ أيضاً… العواصف الرملية تزداد شدتها بسبب البشر

صفحتنا على فيس بوك