أشباه الموصلات الرقيقة

تقنية فائقة الكفاءة لتشغيل أجهزة المستقبل وصياغة مستقبل الطاقة المستدامة – ترجمة* محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

Ultra-efficient tech to power devices of tomorrow and forge sustainable energy future
(بواسطة: الجامعة الوطنية الاسترالية)

ملخص المقالة:

تستخدم أجهزة الكمبيوتر بالفعل حوالي 10 في المائة من إجمالي الكهرباء المتاحة عالميًا، وقد طور باحثو الجامعة الوطنية الأسترالية نظامًا فاعلًا للغاية لنقل البيانات باستخدام أشباه الموصلات الرقيقة ذريًا من خلال استخدام كهرباء أقل للتشغيل وبالتالي عدم اطلاق أي حرارة، ما يعني عدم اهدار أي طاقة. ويتم تحقيق هذا المستوى الجديد والمحسّن من كفاءة الطاقة عن طريق خلط الإكسيتونات – إلكترونات مرتبطة بثقوب إلكترونية – مع الضوء في أشباه الموصلات الرقيقة من ذرة واحدة، وتكون هذه الموصلات أرق بنحو 100000 مرة من الورقة.

( المقالة )

المصدر:  CC0 Public Domain

طور باحثون من الجامعة الوطنية الأسترالية نظامًا لنقل البيانات باستخدام أشباه الموصلات الرقيقة ذريًا بطريقة فعالة للغاية في استخدام الطاقة

ويمكن أن يساعد الاختراق يومًا ما في تشغيل أجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية من الجيل التالي التي تستهلك كهرباء من الأجهزة الحالية.

ويتم تحقيق هذا المستوى الجديد والمحسّن من كفاءة الطاقة عن طريق خلط الإكسيتونات – إلكترونات مرتبطة بثقوب إلكترونية – مع الضوء في أشباه الموصلات الرقيقة من ذرة واحدة، والتي تكون أرق بنحو 100000 مرة من الورقة.

وأظهرت هذه التقنية الجديدة موفرة الطاقة لأشباه الموصلات علامات واعدة للغاية على الحاجة إلى قدر أقل من الكهرباء للتشغيل من خلال عدم إطلاق أي حرارة، مما يعني عدم إهدار أي طاقة.

ويكون فريق الجامعة الوطنية الاسترالية بهذا هو أول من أثبت بنجاح هذا النقل الفعال لحاملات المعلومات – الجزيئات التي يمكنها نقل البيانات في أجهزة الكمبيوتر – في أشباه الموصلات الرقيقة ذريًا في درجة حرارة الغرفة، وهي خطوة أولى ضرورية في إنشاء أجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية في المستقبل.

ويأمل الفريق أن تمهد التكنولوجيا الطريق لنمو مستقبلي مستدام في الحوسبة عن طريق تقليل استهلاك الطاقة المهدرة، وهو تحد يواجه العلماء في جميع أنحاء العالم.

“تستخدم أجهزة الكمبيوتر بالفعل حوالي 10 في المائة من إجمالي الكهرباء المتاحة عالميًا، وهو رقم يأتي بتكلفة مالية وبيئية هائلة، ومن المتوقع أن يتضاعف كل 10 سنوات بسبب الطلب المتزايد على الحوسبة”، قال الباحث ماتياس وورداك، من كلية أبحاث الفيزياء بالجامعة الوطنية الأسترالية، والمؤلف الرئيسي للبحث.

وأضاف: “تشير التقديرات إلى أن أجهزتنا الحاسوبية والإنترنت ومراكز البيانات والتقنيات الرقمية الأخرى مسؤولة عن 2 في المائة على الأقل من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية، وهو مشابه للطيران قبل كوفيد”.

وذكر أن هذا التطور الجديد يعالج مشكلة التدفئة التي تدفع استهلاك الكهرباء في الآلاف من مراكز البيانات الضخمة بحجم المصنع حول العالم.

وتابع: “إن كمية هائلة من الطاقة التي تستهلكها أجهزة الكمبيوتر تهدر لأن الكهرباء المستخدمة لتشغيلها تعمل على تسخين الجهاز أثناء أدائه مهامه”.

ويأمل باحثو الجامعة الوطنية الاسترالية التحرك نحو تقنيات معلومات جديدة ذات كفاءة في استخدام الطاقة ويمكن أن يؤدي التخفيض المحتمل في استهلاك الطاقة العالمي إلى تقليل الحاجة إلى العديد من محطات الطاقة التي تعمل بالفحم، والتي بدورها ستقلل من كمية الانبعاثات الضارة التي تطلق في الغلاف الجوي.

وقال السيد وورداك: “نظرًا لأن إنتاج الطاقة وتخزينها وتوفيرها له دائمًا تكلفة، بما في ذلك تلوث الهواء وتغير المناخ نتيجة حرق الوقود الأحفوري، فمن المهم للغاية أن نحد من استخدامنا للكهرباء من أجل مستقبل أكثر استدامة”.

وقالت المؤلفة المقابلة والاستاذة بالجامعة الوطنية الاسترالية وكبيرة الباحثين في مركز التميز في تقنيات الالكترونيات المنخفضة للطاقة المستقبلية التابع لمجلس البحوث الاسترالي البروفيسور ايلينا اوستروفسكايا إن هذه الدراسة هي جزء من الجهود العالمية لتطوير تقنيات أشباه الموصلات منخفضة الطاقة للحوسبة ومعالجة المعلومات.

وأضافت: “هناك العديد من الخيارات الأخرى للأبحاث المستقبلية، بما في ذلك تطوير أجهزة استشعار وأنظمة ليزر ذات كفاءة في استخدام الطاقة تعتمد على تقنية أشباه الموصلات هذه”.

وتتمثل المرحلة التالية من البحث في دمج التقنية في الترانزستور – اللبنات الأساسية لأجهزة الكمبيوتر.

وقد نُشرت الورقة في مجلة “اتصالات الطبيعة” (Nature Communications) وتضم مؤلفين من ألمانيا وبولندا وأستراليا، من بينهم سبعة باحثين من الجامعة الوطنية الأسترالية.

تمت الترجمة بتصرف

المصدر:

https://techxplore.com/news/2021-09-ultra-efficient-tech-power-devices-tomorrow.html

More information: M. Wurdack et al, Motional narrowing, ballistic transport, and trapping of room-temperature exciton polaritons in an atomically-thin semiconductor, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-25656-7 Journal information: Nature Communications 

لمزيد من المعلومات: ام. وورداك وآخرون،  Motional narrowing, ballistic transport, and trapping of room-temperature exciton polaritons in an atomically-thin semiconductor, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-25656-7 Journal information: Nature Communications 

المهندس محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.