صغير وقوي.. تطوير ترانزستور جديد يتجاوز حدود السليكون

أعلن فريق بحثي من معهد العلوم الصناعية بجامعة طوكيو عن تصميم ترانزستور جديد كلياً لا يعتمد على السيليكون، وهو المادة التي طالما كانت العمود الفقري للإلكترونيات منذ اختراع الترانزستور في منتصف القرن العشرين.
وفي الوقت الذي تواجه فيه صناعة الإلكترونيات تحديات غير مسبوقة تتعلق بتقليص حجم المكوّنات الإلكترونية إلى مستويات نانوية متناهية الصغر، يأتي هذا الاكتشاف بمثابة قفزة نوعية قد تفتح آفاقاً جديدة أمام تطوير الجيل المقبل من الشرائح عالية الأداء.
الترانزستور مكون إلكتروني دقيق يُعد من أهم اختراعات القرن العشرين، ويؤدي دوراً محورياً في تشغيل جميع الأجهزة الإلكترونية الحديثة، من الهواتف الذكية إلى الحواسيب العملاقة، ووظيفته الأساسية هي التحكم في تدفق التيار الكهربائي داخل الدائرة، إما بتضخيم الإشارة أو بالتحكم في تشغيلها وإيقافها، كما يفعل المفتاح الكهربائي.
ويتكوّن الترانزستور عادة من مواد شبه موصلة، مثل السيليكون، ويعتمد في عمله على حركة الإلكترونات عبر منطقة تُعرف باسم "القناة"، التي تتحكم فيها بوابة تُحدد ما إذا كان التيار سيمر أم لا.
وبفضل حجمه الصغير وسرعته العالية واستهلاكه المنخفض للطاقة، بات الترانزستور أساساً لتقنيات الحوسبة الرقمية.
تحديات تقنية
رغم التقدّم الكبير في تصنيع الترانزستورات، إلا أن التحديات التقنية بدأت تزداد كلما تم تصغير حجمها أكثر فأكثر، خاصة في الترانزستورات المصنوعة من السيليكون.
ومن أبرز هذه المشكلات أن تقليص الأبعاد يؤدي إلى تسرب التيار وتشتته، ما يقلل من كفاءة الترانزستور ويزيد من استهلاك الطاقة والحرارة. كما أن المواد المستخدمة، مثل السيليكون، تواجه حدوداً في قدرتها على نقل الإلكترونات بسرعة، ما يقيّد الأداء في التطبيقات التي تتطلب سرعات عالية.
في خطوة قد تُمثّل حلاً لهذه المعضلة، قام فريق بحثي من معهد العلوم الصناعية بجامعة طوكيو بتطوير ترانزستور جديد مصنوع من أكسيد الإنديوم المطعّم بالغاليوم (InGaOx)، بدلاً من السيليكون التقليدي.
ونُشرت تفاصيل هذا الابتكار في ورقة بحثية من المقرر عرضها في مؤتمر "التكنولوجيا والدوائر" المنعقد في مدينة كيوتو اليابانية، حيث يُعتقد أن هذا الترانزستور الجديد قد يفتح آفاقاً جديدة في عالم أشباه الموصلات.
أهم مميزات الترانزستور الجديد
يتميز هذا الترانزستور ببنية بلورية منظمة تعزز حركة الإلكترونات بكفاءة عالية، كما أنه مصمم بهيكل "بوابة محيطة" (Gate-All-Around)، حيث تُحيط البوابة المسؤولة عن تشغيل التيار أو إيقافه بقناة التدفق الكهربائي بالكامل.
وقال المؤلف المشارك في الدراسة أنلان تشين، إن هذا التصميم يحسّن كفاءة الترانزستور وقابليته للتطوير مقارنة بالتصاميم التقليدية.
ولتحقيق هذه النتائج، استخدم الفريق تقنية تُعرف باسم "ترسيب الطبقة الذرية" لتغطية قناة الترانزستور بطبقة رقيقة من أكسيد الإنديوم المطعّم بالغاليوم، طبقة ذرة تلو الأخرى.
بعد ذلك، تم تسخين الغشاء لتحويله إلى بنية بلورية تعزز حركة الإلكترونات، ونجح الفريق في تصنيع ترانزستور تأثير المجال بأكسيد المعدن ذي البوابة المحيطة، والذي أظهر أداءً متميزاً.
من جانبه، قال المؤلف الرئيسي للدراسة، ماساهارو كوباياشي، إن أكسيد الإنديوم يحتوي على عيوب في مواقع الأكسجين، ما يؤدي إلى تشتت حاملات الشحنة ويقلل من استقرار الجهاز، إذ أن داخل هذه المادة، يجب أن تكون ذراتها مرتبة بشكل منتظم لتعمل بكفاءة.
وأضاف كوباياشي أنه في بعض الأحيان، تغيب ذرات الأكسجين من أماكنها المفترضة في هذا الترتيب، وهذا ما يُعرف بـ"عيوب فراغات الأكسجين"، لافتاً إلى أنه "عندما تكون هناك ذرات أكسجين ناقصة، يتغير سلوك المادة إذ تخلق هذه الفراغات نقاطاً غير مستقرة داخل المادة يمكن أن تعيق حركة الإلكترونات، أي حاملات الشحنة".
وبدلاً من أن تتحرك الإلكترونات بسلاسة، فإنها تصطدم بهذه العيوب أو "تتشتت"، ما يؤدي إلى فقدان الكفاءة الكهربائية وتقليل استقرار الترانزستور أثناء التشغيل.
ولتجاوز هذه المشكلة، تمت إضافة الغاليوم لتقليل هذه العيوب، ما أدى إلى تحسين موثوقية الترانزستور بشكل كبير.
وأظهر الترانزستور الجديد أداءً مميزاً من حيث السرعة والاستقرار، حيث سجّل معدل حركة إلكترونية مرتفعاً بلغ 44.5 سنتيمتر مربع لكل فولت-ثانية، وهو رقم يعكس قدرة الإلكترونات على التحرك بسرعة داخل المادة عند تطبيق جهد كهربائي، وكلما ارتفعت هذه القيمة، زادت كفاءة الترانزستور وسرعته، ما يشير إلى أن المادة المستخدمة في تصنيعه، تتيح مرور الإلكترونات بسهولة عالية.
كما أظهر الترانزستور استقراراً ملحوظاً أثناء التشغيل تحت ضغط كهربائي مستمر لمدة قاربت الثلاث ساعات دون تدهور في الأداء، وهو مؤشر مهم على موثوقيته في البيئات التي تتطلب تشغيلاً طويل الأمد.
وأكد النتائج أن الترانزستور الجديد تفوق على أجهزة مماثلة تم الإبلاغ عنها سابقاً، سواء من حيث كفاءة النقل الإلكتروني أو ثبات الأداء، ما يجعله مرشحاً واعداً للاستخدام في تطبيقات متقدمة تتطلب مكونات إلكترونية عالية الأداء، مثل الذكاء الاصطناعي ومعالجة البيانات الضخمة.
وبالرغم من أن الترانزستور الجديد ما يزال في مرحلة البحث والتطوير ولم يصل بعد إلى الأسواق التجارية، فإن نتائجه تفتح الباب أمام تصميم شرائح إلكترونية أكثر كفاءة، يمكن أن تُحدث فارقاً حقيقياً في أداء الحواسيب العملاقة ومراكز البيانات وتطبيقات الذكاء الاصطناعي المتقدمة، كما أن اعتماد تصميم البوابة المحيطية يتماشى مع التوجه العالمي نحو هندسات ثلاثية الأبعاد للشرائح، والتي باتت ضرورية لتحقيق كثافات أعلى في وحدات المعالجة.
ترانزستورات من الجرافين
وهناك العديد من المحاولات السابقة والجارية لصناعة ترانزستورات من مواد أخرى غير السيليكون، وقد ازدادت وتيرتها في العقود الأخيرة مع اقتراب السيليكون من حدوده الفيزيائية والتقنية.
ويحاول الباحثون حول العالم صناعة ترانزستورات من الجرافين، وهي مادة مكونة من طبقة واحدة من ذرات الكربون مرتبة في شبكة سداسية.
ويتميّز الجرافين بموصلية كهربائية مذهلة وسرعة نقل عالية للإلكترونات، لكنه يفتقر إلى "فجوة الحزمة" الضرورية لعمل الترانزستور كمفتاح، مما حدّ من قدرته على التحكم في تشغيل وإيقاف التيار. ورغم ذلك، لا تزال الأبحاث مستمرة لمحاولة تعديل الجرافين أو دمجه مع مواد أخرى لتجاوز هذه المشكلة.
كما جرت تجارب على أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد مثل "المولبيدينوم داي سلفيد" التي تجمع بين النحافة الشديدة والقدرة على التحكم في التيار، ما يجعلها واعدة في مجال الإلكترونيات النانوية، وبالإضافة إلى ذلك، استخدمت مركبات مواد مثل "الغاليوم أرسنيد" و"الغاليوم نيتريد" في تطبيقات عالية التردد بسبب قدرتها على نقل الإلكترونات بسرعة، لكنها تظل مكلفة ومعقدة التصنيع.
ولم تغب أنابيب الكربون النانوية عن هذا السباق، نظراً لقدرتها الكبيرة على التوصيل وإمكانية تصغيرها إلى أبعاد نانوية، إلا أن صعوبة إنتاجها بشكل منتظم لا تزال تحدّ من استخدامها العملي.
وتظهر الأكاسيد شبه الموصلة، مثل "أكسيد الإنديوم الغاليوم" كحل واعد بفضل خصائصها الإلكترونية الجيدة وإمكانية تصنيعها بدرجات حرارة منخفضة، لكن ورغم كل هذه المحاولات، لا يزال السيليكون يحتفظ بمكانته في الصناعة، لكن الأبحاث على هذه المواد البديلة تُمثّل خطوة ضرورية لمواكبة تطور التكنولوجيا في العقود القادمة.

جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا

اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:

التعلم مع الذكاء الاصطناعيالتحقق من الحقائقتحويل النص إلى كلامملخص الذكاء الاصطناعي

أخبار ذات صلة

العربية

منذ 3 ساعات

• العربية

تغييرات كبيرة متوقعة بتعدد المهام في إصدار "iPadOS 26"

تجري شركة أبل تجديدًا شاملًا لميزات تعدد المهام بجهاز آيباد اللوحي ليشبه حواسيب ماك، ومن المتوقع أن تظهر هذه التغييرات في إصدار "iPadOS 26". ويشمل هذا التغيير الشامل استبدال بعض أنظمة تعدد المهام الحالية في نظام تشغيل "iPadOS" لأجهزة آيباد بالكامل. وقد تطلب ميزات تعدد المهام الجديدة من المستخدمين الاتصال بلوحة مفاتيح ولوحة تعقب، مما يعني أن بعض الوظائف قد لا تكون متاحة على الإطلاق عند استخدام جهاز آيباد في وضع الجهاز اللوحي، بحسب وكالة بلومبرغ. وفي حين وصفت الوكالة التغييرات المقبلة في تعدد المهام بإصدار "iPadOS 26" بأنها شاملة، لم تفصل الوكالة هذا التغييرات. وبالإضافة إلى هذا، تعمل "أبل" على تقديم نسختين جديدتين من تطبيقها "Preview" -المتوفر لنظام "macOS"- إلى نظامي "iPadOS" و"iOS" لأول مرة. وسيوفر هذا التوسع في طرح تطبيق "Preview" لمستخدمي أجهزة آيباد وآيفون حلًا على الأجهزة لإدارة ملفات "PDF" وتحريرها. ويبدو التطبيق مشابهًا لإصدار حواسيب ماك، وتتشابه شاشة إطلاقه الرئيسية مع شاشة تطبيقات مثل "Pages" و"Keynote". ومن المتوقع أن يكون تطبيق "Preview" مثبتًا مسبقًا في إصداري "iPadOS" و"iOS" بدلًا من إطلاقه عبر متجر التطبيقات. ومن المتوقع أن تكشف شركة أبل عن إصدار "iPadOS 26" خلال مؤتمرها السنوي العالمي للمطورين (WWDC) الذي سيُقام يوم الاثنين المقبل (9 يونيو).

الرجل

منذ 6 ساعات

• الرجل

جمالك قد يكلفك أكثر مما تظن!

أظهرت دراسة حديثة أجريت في الصين ونُشرت عبر موقع PsyPost المتخصص في علم النفس والأعصاب، أن الأشخاص الذين يرون أنفسهم جذابين جسديًّا يميلون إلى تبني قيم مادية بشكل أقوى، سواء بوعي أو دون وعي. وأوضح الباحثون أن ذلك يعود إلى ميل هؤلاء الأشخاص للمقارنة المستمرة مع الآخرين من حيث القدرات والآراء والمكانة الاجتماعية، ما يعزز توجهاتهم نحو المادية. المادية هي توجه يعطي أهمية كبرى لامتلاك الأشياء المادية ويربطها بالسعادة والنجاح والمكانة الاجتماعية. وتصنف المادية إلى نوعين: المادية الصريحة التي تعبر عن معتقدات وقيم واعية حول أهمية المال والممتلكات، والمادية الضمنية التي تتمثل في ارتباط غير واعٍ بين الأشياء المادية والصورة الذاتية والمكافآت العاطفية. بينت الدراسات أن المادية الضمنية تؤثر على الإنفاق العفوي، بينما ترتبط المادية الصريحة بالأهداف المالية طويلة الأمد. رغم أن الثقافة قد تعزز المادية، فإن المادية الزائدة قد تؤدي إلى تراجع مستوى الرفاهية وضعف العلاقات الاجتماعية. تصميم الدراسة وعينات البحث قام الباحثان شياويوي تشاو وباويان يانغ بإجراء دراستين مستقلتين لاختبار الفرضيات المتعلقة بتأثير الجاذبية الذاتية على المادية عبر المقارنة الاجتماعية. شملت الدراسة الأولى 260 طالبًا من جامعات في مقاطعة شاندونغ الصينية، مع متوسط عمر 20 سنة، منهم 44% ذكور. قُسم المشاركون إلى مجموعتين حسب تقييمهم لجاذبيتهم الذاتية، وتم تعزيز هذا التقييم عبر تذكر أحداث مرتبطة بالشعور بالجاذبية أو العكس. ثم خضعوا لسلسلة اختبارات تقيس المادية، والمزاج، ونمط المقارنة الاجتماعية. في الدراسة الثانية، تم اختبار دور التأكيد على الذات في التخفيف من تأثير الجاذبية الذاتية على المادية عبر المقارنة الاجتماعية. شارك في الدراسة 820 طالبًا من ست جامعات في أربع مقاطعات صينية، منهم 63% إناث. ركز الباحثون على الـ27% الأكثر تقييمًا لجاذبيتهم، ووزعوهم عشوائيًّا على مجموعتين: مجموعة قامت بتمرين التأكيد على الذات، وأخرى بتمرين تقليل أهمية بعض القيم الشخصية. النتائج وتأثير التأكيد على الذات أظهرت نتائج الدراسة الأولى أن الأفراد الذين يرون أنفسهم أكثر جاذبية يمتلكون مستويات أعلى من المادية الصريحة والضمنية، ويرتبط ذلك بزيادة ميلهم للمقارنة الاجتماعية. الدراسة الثانية بينت أن التأكيد على الذات يخفف من العلاقة بين الجاذبية الذاتية والمادية عبر الحد من الميل للمقارنة الاجتماعية، حيث إن المجموعة التي قامت بتمرين التأكيد على الذات أظهرت مستويات مادية أقل رغم وجود مقارنة اجتماعية.

العربية

منذ 7 ساعات

• العربية

شحن لاسلكي بسرعة مضاعفة.. أحدث التسريبات بشأن سلسلة آيفون 17

تشير تسريبات جديدة إلى أن شركة أبل بصدد الانتقال إلى الجيل التالي من معيار الشحن اللاسلكي وهو "Qi 2.2" الذي يوفر سرعة شحن لاسلكي مضاعفة، ما يرجح أن سلسلة هواتف آيفون 17 المقبلة ستدعم هذا المعيار. وكشفت وثائق تنظيمية مُسربة لهيئة الاتصالات الوطنية في تايوان -المسؤولة عن اعتماد الأجهزة الخاصة بمنتجات الاتصالات- عن طرازين جديدين من شواحن أبل اللاسلكية المعتمدة على تقنية "MagSafe" المغناطيسية، وهما "A3503" و"A3502" ويدعمان معيار "Qi 2.2" المُحسن. وتتميز شاحنا "A3503" و"A3502" بتصميم القرص الأبيض المألوف مع كابلات بطول مترين ومتر واحد على التوالي، بحسب تقرير لموقع "91mobiles" المتخصص في أخبار الهواتف الذكية، اطلعت عليه "العربية Business". ويُعد هذا التحديث مهمًا بشكل رئيسي بسبب سرعة الشحن الأعلى، إذ يُمكن لمعيار "Qi 2.2" تقنيًا دعم قدرة شحن تصل إلى 50 واط. وفي المقابل، يبلغ الحد الأقصى لمعيار "Qi 2"، الذي تدعمه أجهزة أبل حاليًا، 15 واط، في حين تُستثنى من ذلك سلسلة هواتف آيفون 16 التي تدعم شحن "MagSafe" حتى 25 واط باستخدام شاحن بقوة 30 واط. وقد أصدر اتحاد الطاقة اللاسلكية لاحقًا معيار "Qi 2.1"، لكن لا توجد أي أجهزة من "أبل" تدعمه رسميًا حتى الآن. ويحدد اتحاد الطاقة اللاسلكية معيار" Qi"، ويضم الاتحاد المئات من الشركات مثل "أبل" و"سامسونغ" و"غوغل". وأظهرت الوثائق أن الشاحنين المقبلين يعملان مع أجهزة تتراوح من سلسلة آيفون 16 إلى آيفون 11، مما يُشير إلى أنها ستكون متوافقة مع نطاق واسع من هواتف أبل الحالية. ومع ذلك ستكون سرعات الشحن محدودة عند استخدامها مع طرازات آيفون القديمة. وستحتاج الأجهزة التي تسعى للاستفادة من سرعات الشحن الأعلى إلى شريحة شحن متطورة مُشابهة لدائرة إدارة الطاقة المُتكاملة (PMIC) من "سامسونغ". وبالإضافة إلى الشحن الأسرع، يُوفر "Qi 2.2" محاذاة مغناطيسية مُحسّنة وكفاءة شحن مُحسّنة مُقارنةً بسابقه. ولم تُعلن "أبل" رسميًا عن الشاحنين الجديدين، ولكن ظهورهما في قواعد البيانات التنظيمية في تايوان يُشير إلى أنه من المُحتمل أن نشهد إصدارًا عامًا لهما في الأشهر المُقبلة. ويعزز ظهورهما هذا احتمالية دعم هواتف سلسلة آيفون 17 المقبلة لمعيار الشحن الجديد، ولكن هذا لا يضمن شحنها بالحد الأقصى البالغ 50 واط. ومن المتوقع أن تعلن شركة أبل عن سلسلة آيفون 17 في سبتمبر المقبل، في حين من المتوقع أن تطلق شركات القطاع هواتف وشواحن وإكسسوارات متوافقة مع معيار "Qi 2.2" في وقت لاحق من هذا العام.