يمكن أن تساعد الحلزون من معدن أرضي نادر بعيد المنال في دفع قانون مور إلى المستوى التالي

التيلوريوم الحلزون (Qin et al.، Nature Electronics، 2020)

لحشر المزيد من قوة الحوسبة في جيبك ، يحتاج المهندسون إلى ابتكار طرق مبتكرة بشكل متزايد لإضافة ترانزستورات إلى مساحة مزدحمة بالفعل.

لسوء الحظ ، هناك حد لمدى صغر حجم الأسلاك التي يمكنك صنعها. لكن الشكل الملتوي من المعدن الأرضي النادر قد يكون لديه ما يلزم لدفع الحدود إلى أبعد من ذلك بقليل.

اكتشف فريق من الباحثين بتمويل من الجيش الأمريكي طريقة لقلب الأسلاك النانوية الملتوية لواحد من أندر المعادن الأرضية النادرة ، التيلوريوم ، إلى مادة ذات الخصائص الصحيحة التي تجعلها ترانزستورًا مثاليًا على بعد بضعة نانومترات فقط.

'مادة التيلوريوم هذه فريدة حقًا' يقول بيدي يي ، مهندس كهربائي من جامعة بوردو.

'إنها تبني ترانزستورًا وظيفيًا مع إمكانية أن يكون أصغر ترانزستور في العالم.'

الترانزستورات هي حصان العمل لأي شيء يحسب المعلومات ، باستخدام تغييرات طفيفة المسؤول عن منع أو السماح بتدفق التيارات الكبيرة.

عادة ما تكون مصنوعة من مواد شبه موصلة ، ويمكن اعتبارها تقاطعات مرور للإلكترونات. يؤدي تغيير الجهد البسيط في مكان واحد إلى فتح البوابة لتدفق التيار ، حيث يعمل كمفتاح ومضخم.

مجموعات المفاتيح المفتوحة والمغلقة هي الوحدات المادية التي تمثل اللغة الثنائية التي يقوم عليها المنطق في عمليات الكمبيوتر. على هذا النحو ، كلما كان لديك في مكان واحد ، زاد عدد العمليات التي يمكنك إجراؤها.

من أي وقت مضى منذ أول مكتنزة كان الترانزستور نموذجًا أوليًا منذ أكثر من 70 عامًا بقليل ، أدت مجموعة متنوعة من الأساليب والمواد الجديدة إلى تقليص حجم الترانزستور بشكل منتظم.

في الواقع ، كان الانكماش منتظمًا لدرجة أن المؤسس المشارك لشركة الكمبيوتر العملاقة Intel ، جورج مور ، اشتهر لوحظ في عام 1965 أنه سيتبع اتجاه تضاعف كثافة الترانزستورات كل عامين.

اليوم ، هذا الاتجاه تباطأ بشكل كبير . لسبب واحد ، فإن المزيد من الترانزستورات في مكان واحد يعني زيادة تراكم الحرارة.

ولكن هناك أيضًا العديد من الطرق التي يمكنك من خلالها حلق الذرات من مادة ما مع استمرار عملها كترانزستور. وهو المكان الذي يأتي فيه التيلوريوم.

على الرغم من أنه ليس عنصرًا شائعًا تمامًا في قشرة الأرض ، إلا أنه شبه معدني مطلوب بشدة ، حيث يجد مكانًا في مجموعة متنوعة من السبائك لتحسين الصلابة ومساعدتها على مقاومة التآكل.

كما أن لها خصائص أشباه الموصلات ؛ يحمل تيارًا في بعض الظروف ويعمل كمقاوم في ظل ظروف أخرى.

بدافع الفضول حول خصائصه على مقياس نانوي ، قام المهندسون بتطوير سلاسل أحادية البعد للعنصر وألقوا نظرة فاحصة عليها تحت المجهر الإلكتروني. والمثير للدهشة أن 'السلك' الرقيق للغاية لم يكن بالضبط خطًا أنيقًا من الذرات.

تبدو ذرات السيليكون مستقيمة ، لكن ذرات التيلوريوم هذه تشبه الثعبان. هذا هو نوع أصلي للغاية من الهيكل ، ' يقول يي .

عند الفحص الدقيق ، توصلوا إلى أن السلسلة تتكون من أزواج من ذرات التيلوريوم مرتبطة ببعضها بقوة ، ثم تتراكم في شكل بلوري يتم سحبه إلى حلزون بواسطة أضعف. قوات فان دير وال .

إن بناء أي نوع من الإلكترونيات من أسلاك متناهية الصغر هو مجرد طلب للمشاكل ، ومن أجل إعطاء المادة بعض البنية ، بدأ الباحثون في البحث عن شيء لتغليفها.

الحل ، كما وجدوا ، كان الأنابيب النانوية من نيتريد البورون. لم يقتصر الأمر على انزلاق حلزون التيلوريوم بدقة من الداخل ، بل عمل الأنبوب كعامل عازل ، ووضع علامة على جميع المربعات التي تجعله مناسبًا للحياة كترانزستور.

الأهم من ذلك ، كان عرض السلك شبه الموصّل بالكامل 2 نانومتر فقط ، مما وضعه في نفس المجموعة مثل1 نانومتر سجل قبل بضع سنوات.

سيحدد الوقت ما إذا كان الفريق يمكنه الضغط عليه أكثر مع عدد أقل من السلاسل ، أو حتى إذا كان سيعمل كما هو متوقع في الدائرة.

إذا كان يعمل كما هو مأمول ، فيمكن أن يساهم في الجيل التالي من الإلكترونيات المصغرة ،يحتمل خفض الحجم إلى النصفمن أحدث الشرائح الدقيقة الحالية.

بعد ذلك ، سيعمل الباحثون على تحسين الجهاز لتحسين أدائه ، وإظهار دائرة إلكترونية وظيفية عالية الكفاءة باستخدام هذه الترانزستورات الصغيرة ، وربما من خلال التعاون مع باحثي ARL ، يقول جو كيو ، مدير برنامج مكتب أبحاث الجيش.

حتى إذا كان المفهوم قائمًا ، فهناك مجموعة متنوعة من التحديات الأخرى لتقليص التكنولوجيا التي يجب التغلب عليها قبل أن نجدها في جيوبنا.

بينما لا يعتبر التيلوريوم حاليًا موردًا نادرًا ، على الرغم من ندرته النسبية ، يمكن أن يكون في ارتفاع الطلب في الإلكترونيات المستقبلية مثل الخلايا الشمسية.

تم نشر هذا البحث في إلكترونيات الطبيعة .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.