ثورة أشباه الموصلات: ومضات من الضوء تتحكم في المكونات فائقة السرعة!

ثورة أشباه الموصلات: ومضات من الضوء تتحكم في المكونات فائقة السرعة!

حقق فريق بحث دولي يتكون من فيزيائيين من جامعة بيليفيلد ومعهد لايبنيز لأبحاث الحالة الصلبة والمواد في دريسدن (IFW Dresden) تقدمًا كبيرًا في التحكم في تقنيات أشباه الموصلات الرقيقة ذريًا. وتصف الدراسة، التي نشرت في مجلة Nature Communications، طريقة جديدة لمعالجة هذه المواد باستخدام دفقات قصيرة للغاية من الضوء في نطاق تيراهيرتز. يمكن لهذه التقنية أن تمهد الطريق لجيل جديد من الأجهزة الإلكترونية الضوئية التي يتم التحكم فيها مباشرة عن طريق الضوء، مما يشير إلى ثورة في مجال الأجهزة فائقة السرعة.

يتم تحويل ضوء تيراهيرتز، الموجود في الطيف الكهرومغناطيسي بين الأشعة تحت الحمراء والموجات الدقيقة، إلى مجالات كهربائية رأسية بواسطة هوائيات نانوية مطورة خصيصًا. أنتجت هذه الهياكل النانوية، التي تم تطويرها في IFW Dresden تحت إشراف الدكتور آندي توماس، شدة مجال كهربائي تصل إلى عدة ميغا فولت لكل سنتيمتر. ووفقا للدكتور ديمتري تورشينوفيتش، قائد المشروع، فإن جهود البوابة الإلكترونية التقليدية توفر أوقات استجابة بطيئة، في حين يوفر النهج الجديد إمكانية توليد إشارات تحكم قوية في مادة أشباه الموصلات، وبالتالي تمكين التحكم في الوقت الحقيقي للهيكل الإلكتروني على نطاقات زمنية أقل من بيكو ثانية.

آفاق جديدة لتقنيات أشباه الموصلات

وترتبط هذه التطورات بشكل خاص بتطوير أجهزة التحكم في الإشارات فائقة السرعة والمفاتيح الإلكترونية وأجهزة الاستشعار. تتراوح التطبيقات الممكنة من نقل البيانات إلى الكاميرات فائقة السرعة إلى أجهزة الليزر. ولا يمكن أن يؤثر البحث على أنظمة الاتصالات والحوسبة فحسب، بل أيضًا على تقنيات التصوير والكم.

بالإضافة إلى ذلك، حقق فريق آخر بقيادة جامعة TU Dresden تقدمًا كبيرًا في البحث عن المواد فائقة الرقة. في تجربة أجريت في مركز هيلمهولتز في دريسدن-روسيندورف (HZDR)، أظهر العلماء التفاعل السريع بين الجسيمات المحايدة كهربائيًا والمشحونة والمشرقة المعروفة باسم الإكسيتونات. ويمكن تحويلها إلى تريونات، مما يفتح إمكانيات جديدة للتحكم الإلكتروني والبصري. ونشرت نتائج هذه التجربة في مجلة Nature Photonics.

سرعة التبديل في هذه العملية الجديدة أسرع بألف مرة تقريبًا من الطرق الإلكترونية التقليدية. باستخدام ليزر الإلكترون الحر (FELBE) لتوليد نبضات تيراهيرتز مكثفة، قام الفريق بقيادة البروفيسور أليكسي تشيرنيكوف والدكتور ستيفان وينرل بتسريع عملية التبديل بشكل كبير.

النظرة المستقبلية والتطبيقات

تشير نتائج كلا النهجين البحثيين إلى تطبيقات تقنية واعدة في تكنولوجيا الاستشعار ومعالجة البيانات البصرية. يمكن أن تركز الأبحاث المستقبلية على الحالات والمنصات الإلكترونية المعقدة لتطوير مُعدِّلات جديدة وكاميرات تيراهيرتز غنية بالبكسل.

يُظهر الجمع بين كلا النهجين كيف تجتمع تكنولوجيا تيراهيرتز وأبحاث أشباه الموصلات المبتكرة معًا لتحقيق تقدم كبير في علم المواد. ولا يمكن للتطورات أن تحدث ثورة في التقنيات الحالية فحسب، بل إنها تفتح أيضًا مجالات جديدة للتطبيق وبالتالي تستغل إمكانات هذه المواد بشكل كامل.