علماء يطورون تقنية جديدة لتقليل فقدان الحرارة في الأجهزة

طوّر علماء مفتاحًا نانويًا هندسيًا يقلل فقدان الحرارة في الأجهزة الإلكترونية الحديثة من خلال تعديل مادة غير مألوفة، حيث ابتكر العلماء مفتاحًا نانويًا ثوريًا لا يقلل فقط من فقدان الطاقة، بل يعمل أيضًا كمعادلة حرارية جذرية بين الركيزة والمادة الممتصة.

وبدلًا من ذلك، يستفيد الجهاز - الذي لا يزال نموذجًا تجريبيًا - من الإكسيتونات، وهي جسيمات محايدة تتكون من إلكترونات مقيدة وفجوات (غياب الإلكترون)، لنقل المعلومات، ومن خلال تجنب المقاومة الكهربائية والحرارة التي تسببها، أظهرت هذه التقنية في النهاية انخفاضًا بنسبة 66% في فقدان الحرارة، مع العمل بشكل مشابه للمفاتيح الإلكترونية الحالية، مما يشير إلى أجهزة من الجيل التالي أكثر برودة وفعالية.

ووفقًا للدراسة المنشورة في مجلة ACS Nano، ابتكر فريق من جامعة ميشيغان مفتاحًا نانويًا هندسيًا ضوئيًا (NEO)، ومع ذلك، فإن استخدام مثل هذا الجهاز محدود نظرًا لضعف وظائفه، ويتحكم الجهاز بالإكسيتونات المحايدة باستخدام طبقة أحادية من ثنائي سيلينيد التنغستن على حافة نانوية من ثاني أكسيد السيليكون قمعية الشكل.

ويُمثل هذا الجهاز استجابةً للمقاومة في الإلكترونيات، والتي تُبدد الطاقة المفيدة كحرارة مهدرة، وتتسبب في ارتفاع درجة حرارة أجهزة مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف، ولأن الإكسيتونات غير مشحونة، فهي مقاومة لهذه المقاومة.

ما هو مفتاح النانو:

المفتاح النانوي هو عنصر إلكتروني بالغ الصغر، يشبه الترانزستور التقليدي الذي يتحكم في تشغيل أو إيقاف الإشارات داخل الأجهزة، لكنه يعمل على مستوى النانومتر (جزء من المليار من المتر)، في الترانزستورات العادية تُستخدم الإلكترونات لنقل الإشارات، مما يولد مقاومة كهربائية تؤدي إلى فقدان جزء من الطاقة في صورة حرارة. أما المفتاح النانوي الجديد فيعتمد على "الإكسيتونات"، وهي جسيمات محايدة لا تحمل شحنة كهربائية، وبالتالي لا تُنتج حرارة زائدة أثناء عملها. هذا يجعله قادرًا على أداء نفس وظيفة المفاتيح الإلكترونية التقليدية ولكن بكفاءة أعلى واستهلاك أقل للطاقة، مما يمهد الطريق لأجهزة أكثر برودة وفعالية في المستقبل.

ويسمح تصميم الحافة النانوية للضوء بالسقوط والتفاعل مع الإكسيتونات في جميع المعدلات والأوقات، بحيث يُمثل مفتاحًا فعليًا، وأظهر الباحثون كيف يُمكن أن يكون هيكل المادة التي تُظهر حركة الإكسيتون عاملًا دافعًا لإنشاء أنظمة جديدة لحل بعض القيود الحالية لأجهزة الإكسيتون المفرد.