نجح باحثون في ألمانيا في تطوير سبيكة شبه موصلة فريدة، قد تمهّد الطريق للاستغناء عن السيليكون في صناعة الدوائر الإلكترونية الكمومية. السبيكة الجديدة تجمع بين أربعة عناصر من المجموعة الرابعة في الجدول الدوري، هي: الكربون (C)، السيليكون (Si)، الجرمانيوم (Ge)، والقصدير (Sn).

الدراسة أجراها فريق من مركز "يوليش" للأبحاث (FZJ) ومعهد "لايبنتس" للإلكترونيات الدقيقة، ونُشرت نتائجها مؤخرًا في مجلة Advanced Materials.

ثورة في عالم أشباه الموصلات

السبيكة الجديدة، التي أُطلق عليها مؤقتًا اسم CSiGeSn، تتميز بتوافقها مع تقنيات تصنيع الرقائق الإلكترونية المستخدمة حاليًا، إلى جانب قدرتها على التحكم الدقيق في الخصائص الإلكترونية والبصرية. هذا التطوير يمهد الطريق لتصنيع ليزرات تعمل في درجة حرارة الغرفة، ما يسهّل عمليات الإنتاج ويقلل تكلفتها.

وقال د.دان بوكا، أحد المشاركين في البحث: "بدمج هذه العناصر الأربعة، وصلنا أخيرًا إلى الهدف الذي طال انتظاره، وهو تصنيع أشباه موصلات تعتمد بالكامل على عناصر المجموعة الرابعة."

السيليكون يصل إلى حدوده

رغم أن السيليكون لا يزال أساس صناعة الشرائح الإلكترونية، فإن إمكانياته التقنية بلغت حدودها القصوى، خاصة في مجالات الإلكترونيات الضوئية والأنظمة الكمومية، حيث يعاني من صعوبات في التعامل مع الفوتونيات (تقنيات الضوء).

في المقابل، تُقدّم المادة الجديدة CSiGeSn بديلاً واعدًا، إذ تتيح: استبدال السيليكون في الدوائر الإلكترونية الكمومية. ودمج الليزر والمكونات الضوئية مباشرة داخل الشريحة الإلكترونية. وتحويل الحرارة إلى طاقة كهربائية، وهو ما يفتح آفاقًا جديدة للأجهزة الصغيرة مثل الساعات الذكية والمستشعرات. والتصنيع على نطاق واسع باستخدام معدات الإنتاج الحالية دون الحاجة لتطوير بنية تحتية جديدة.

كسر حاجز الكربون

تاريخيًا، كان دمج الجرمانيوم والسيليكون والقصدير ممكنًا في الإلكترونيات الضوئية مثل الثنائيات الباعثة للضوء وكواشف الضوء، لكن إضافة الكربون كانت تمثل تحديًا كبيرًا بسبب صغر حجمه الذري وبنيته الفريدة.

مع ذلك، تمكن الباحثون من تجاوز هذه العقبة، ما أتاح لهم ضبط "عتبة الطاقة" في السبيكة الجديدة بدقة، وهي خاصية أساسية تتحكم في كيفية تمرير المادة للتيار الكهربائي أو إصدار الضوء.

مستقبل واعد

يرى العلماء أن المادة الجديدة قد تكون اللبنة الأساسية في تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية، وأنظمة الليزر المتقدمة، وأجهزة تحويل الحرارة إلى طاقة، ما يجعلها مرشحة بقوة لتكون حجر الزاوية في الجيل القادم من الإلكترونيات.

للمزيد تابع خليجيون نيوز على: فيسبوك | إكس | يوتيوب | إنستغرام | تيك توك