اكتشاف سرعة عمل فائقة للحواسيب !!

قام العلماء سيرغي برازوفسكي وبيوتر كاربوف من الجامعة الوطنية الروسية للأبحاث التكنولوجية "ميسيس"، بتطوير نظرية تشكل الحالة الكامنة في إحدى أكثر المواد الواعدة في مجال الميكروإلكترونية الحديثة وهي طبقات التنتالوم ثاني كبريتيد.

 إن الحالة الكامنة للمادة المذكورة تم اكتشافها من قبل الباحث سيرغي برازوفسكي (حالياً هو كبير الباحثين في مشروع "نظرية الحالات الالكترونية المضبوطة محلياً في المواد متعددة الطبقات) في عام 2014 جنباً إلى جنب مع زملائه من سلوفينيا. تكمن التجربة، التي بدأ بعدها إجراء دراسة مكثفة وواسعة النطاق للمواد متعددة الطبقات، في أنه تم تعريض عينة التنتالوم ثاني كبريتيد ذات حجم أقل من 100 نانو متر لأشعة ليزر أو لنبض كهربائي، وقد تم نشر مقال عن هذا البحث على موقع "سيانتفيك ريبورتس".

وبسبب هذه النبضات تغيرت حالة المادة في المنطقة المعرضة للإشعاع، وتحولت من مجرد عازل إلى موصل (أو على العكس، بحسب رغبة المختبرين). علماً أن عملية التحول كانت تحدث في غضون بيكو ثانية واحدة — وهذه أسرع بأضعاف مضاعفة من معظم المواد السريعة، الحاملة للذاكرة في الحواسيب الحديثة. والحالة لم تختف بعد التعرض والتأثير. وبالتالي فإن المادة أصبحت مرشحة لتلعب دور العنصر الأساسي في رقائق الأجيال الجديدة المخزنة للمعلومات.

وقد أوضح بيوتر كاربوف الباحث المشارك مع برازوفسكي، وهو مهندس في قسم الفيزياء النظرية والتكنولوجيا الكمية في الجامعة الوطنية للأبحاث التكنولوجيا خلال مقابلة مع وكالة ريا نوفيستي جوهر البحث قائلاً: "عندما اكتشف الزملاء من سلوفينيا الحالة الكامنة للمادة، التي لا يمكن التوصل إليها من خلال المراحل الديناميكا الحرارية التقليدية، انهالت كميات كبيرة من المقالات في مجلات مختلفة. الحقيقة أن معظم هذه الأعمال كانت تجريبية وينقصها العلوم النظرية المتقدمة. أي أنه تم التمكن من الحصول على هذه الحالة في العديد من المختبرات، ولكن بقيت مسائل عديدة غير واضحة تكمن في أسباب الحصول على هذه الصيغة من المادة وما هي آليات تشكلها وما هي طبيعتها. ولماذا لا تعود المادة إلى حالتها الأصلية بعد عملية التحفيز، وتبقى على شاكلتها الجديدة بعد التغيير لفترة طويلة؟ في هذا المقال حاولنا إيجاد الأساس النظري لهذه العمليات".

جوهر عمل الباحثين من الجامعة الوطنية للأبحاث التكنولوجية "ميسيس" كان يكمن في إنشاء نموذج نظري شامل، الذي كان يمكن أن يكون بإمكانه وصف الخاصية الأكثر أهمية للحالات الجديدة: تشكل وتحول فسيفساء البنية النانو مترية.

بعد معالجة عينة التنتالوم ثاني كبريتيد بالنبضات الكهربائية فإن جزء من ذرات المعدن تغادر الشبكة، وبسبب ذلك تظهر العيوب على شكل بلورات الكترونية مشحونة. وبدلاً من أن تبتعد الذرات عن بعضها البعض لمسافة كبيرة تتلطخ الشحنات وفق سلسلة خطية من ذرات التنتالوم، والتي تشكل حدود المنطقة مع حالات مختلفة لذرات التنتالوم. وبعد ذلك تلتقي هذه السلاسل وترتبط ضمن شبكة كبيرة. هذا التلاعب بالشبكة النانوية هو المسؤول عن حالات التحول والذاكرة.

ويشير الباحث بيوتر كاربوف بهذا الشأن قائلاً: "نحن نحاول معرفة سبب عدم ابتعاد أحادية الشحنة الواحدة عن بعضها البعض في مثل هذه البنية وإنما تتجاذب. الذي اتضح هو أن هذه العملية أفضل بكثير من ناحية الطاقة، من ابتعاد الشحنات الإيجابية عن بعضها البعض، لأنه عند تشكل جدران مشحونة يقل تأثير الشحنة في كل الذرات التي تشكل الجدار، ولهذا السبب يصبح نظام النطاقات أكثر استقراراً، وهذا ما تم التأكد منه من خلال التجارب. ويمكن تحويل البلورات كلها إلى هذه الحالة التي تكون فيها فسيفساء النطاقات والكريات التي تفصل بينها".

وبحسب قول الباحثين، فإنه بفضل النظرية التي تم اكتشافها يمكن التأكيد على أن حالة التنتالوم ثاني كبريتيد بالفعل يمكن استخدامها للتخزين الطويل الأمد والعمل بسرعة فائقة مع المعلومات.