9 سبتمبر 2025
تعاونت مجموعة من الباحثين لتطوير ترانزستور قائم على الجرافين، والذي تفوق بشكل كبير على الترانزستورات المصنوعة من السيليكون المستخدمة في معظم أجهزة الكمبيوتر.
إنه أصغر حجماً ولكنه أكثر قوة.
اكتشاف الجرافين في عام ٢٠٠٤، انطلقت موجة من الدراسات لعزل مواد ثنائية الأبعاد أخرى. وقد وُجد أن الجرافين مادة رائعة، تمتلك مجموعة من الخصائص الفريدة والمذهلة. من بين هذه الخصائص قدرته على توصيل الحرارة بكفاءة تفوق النحاس بعشر مرات، وهو الموصل الأكثر شيوعًا في الإلكترونيات. عند درجة حرارة الغرفة، يتميز الجرافين أيضًا بقدرته على توصيل الكهرباء بكفاءة تفوق السيليكون بـ ٢٥٠ مرة، أي بمعدل أسرع من أي مادة أخرى معروفة.
دفعت هذه الخصائص فريقًا من الباحثين من جامعة نورث وسترن، وجامعة تكساس في دالاس، وجامعة إلينوي في أوربانا-شامبين، وجامعة سنترال فلوريدا إلى التفكير في تطوير ترانزستور قائم على الجرافين. في دراسة نُشرت في مجلة طبيعة الاتصالاتووجد الفريق أن الترانزستور القائم على الجرافين يمكن أن يعمل بشكل أفضل من الترانزستورات المصنوعة من السيليكون المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر الحالية.
شرحٌ موجزٌ أولاً: تُعدّ الترانزستورات عنصراً أساسياً في دوائر الحاسوب الحديثة، إذ تعمل كمفاتيح تشغيل وإيقاف تسمح بمرور الإشارات الإلكترونية والطاقة الكهربائية. وعند تجميعها، تُشكّل الترانزستورات بوابات منطقية - وهي جوهر المعالجات الدقيقة - حيث تعمل كمدخلات ومخرجات، وتُمثّل إما أصفاراً أو آحاداً (ما يُعرف بالبتات الثنائية). هذه البوابات هي التي تُمكّن المعالجات الدقيقة من حلّ مسائل المنطق والحوسبة.
قال المؤلف المشارك رايان جيلفاند، الأستاذ المساعد في جامعة سنترال فلوريدا: "إذا أردنا مواصلة دفع التكنولوجيا إلى الأمام، فنحن بحاجة إلى أجهزة كمبيوتر أسرع لنتمكن من تشغيل عمليات محاكاة أكبر وأفضل لعلوم المناخ، واستكشاف الفضاء، وول ستريت". في بيان صحفي"للوصول إلى هناك، لم يعد بإمكاننا الاعتماد على ترانزستورات السيليكون."
ظلت المعالجات الدقيقة المصنعة باستخدام ترانزستورات السيليكون محدودة السرعة، حيث تتراوح سرعات المعالجة في الغالب بين 3 و4 جيجاهرتز منذ عام 2005. ويعود ذلك إلى محدودية معدل الإشارات والطاقة التي يمكن لهذه الترانزستورات معالجتها، ويرجع ذلك أساسًا إلى مقاومة المادة. إلا أن فريقًا من الباحثين وجد حلاً لهذه المحدودية باستخدام الجرافين بدلاً من السيليكون.
قام الباحثون أولاً بصنع شريط من الجرافين عن طريق فك أنبوب نانوي كربوني (وهو عبارة عن صفيحة رقيقة مطوية من الجرافين). ثم قاموا بتطبيق مجال مغناطيسي على شريط الجرافين، مما جعلهم يدركون إمكانية التحكم في مقاومة التيار المتدفق عبر الشريط. وباستخدام أنابيب نانوية متجاورة لزيادة أو تقليل التيار، تمكن المجال المغناطيسي من التحكم في تدفق التيار.
حسّنت الدوائر المنطقية القائمة على ترانزستورات الجرافين، التي طورها الفريق، سرعة معالجة البيانات في المعالجات الدقيقة بمقدار ألف ضعف، وتتطلب عُشر الطاقة التي تتطلبها الحواسيب القائمة على السيليكون. إضافةً إلى ذلك، كانت هذه الدوائر أصغر حجمًا من الدوائر المنطقية التي تستخدم ترانزستورات السيليكون. وأوضح جيلفاند أن هذا قد يسمح بتصنيع أجهزة إلكترونية أصغر حجمًا ذات وظائف أكثر. كما استكشفت دراسة مماثلة استخدام الجرافين كـ مكثف محتمل لأجهزة الكمبيوتر الكمومية.
يقول المؤلف المشارك إن نظام الحوسبة القائم على الكربون بالكامل لا يزال موجوداً فقط على الورق. جوزيف إس. فريدمان من جامعة تكساس في دالاسلكن فريدمان وزملاؤه في مختبر أبحاث NanoSpinCompute يعملون حاليًا على نموذج أولي.
"تتيح الخصائص المادية الاستثنائية للمواد الكربونية التشغيل بتردد تيراهيرتز وانخفاضًا بمقدار رتبتين في ناتج تأخير الطاقة مقارنة بالمعالجات الدقيقة المتطورة." كتب الباحثون"نأمل أن نلهم تصنيع هذه الدوائر المنطقية المتتالية لتحفيز جيل تحويلي من الحوسبة الموفرة للطاقة."
المصدر تعمل أجهزة كمبيوتر الجرافين أسرع 1000 مرة ، وتستخدم طاقة أقل بكثير
منذ 1992، Applied Physics تُعدّ شركتنا من الشركات الرائدة عالميًا في مجال توفير معايير دقيقة للتحكم في التلوث وعلم القياس. نتخصص في تصوير تدفق الهواء، ومعايير حجم الجسيمات، وحلول تطهير غرف الأبحاث في البيئات الحساسة.
