سلسلة من ذرات النحاس والكربون قد تكون أدق الأسلاك المعدنية النانوية
تاريخ النشر: 12th, June 2024 GMT
استخدم باحثون من مختبر النظرية ومحاكاة المواد في مدرسة لوزان الاتحادية للعلوم التطبيقية في لوزان (EPFL )، وهو جزء من المركز الوطني للكفاءة البحثية (NCCR MARVEL)، طرقا حسابية لتحديد ما يمكن أن يكون أدق سلك معدني نانوي لاستخدامات في أغراض عديدة.
وتعد المواد أحادية البعد واحدة من أكثر منتجات تكنولوجيا النانو إثارة للاهتمام، وهي مصنوعة من ذرات مصطفة على شكل أسلاك أو أنابيب.
وفي حين أن أنابيب الكربون النانوية هي المواد التي حظيت بمعظم الاهتمام حتى الآن، فقد ثبت أنه من الصعب جدا تصنيعها والتحكم فيها، لذلك يتوق العلماء إلى العثور على مركبات أخرى يمكن استخدامها لإنشاء أسلاك نانوية وأنابيب نانوية ذات خصائص مثيرة للاهتمام بنفس القدر، ولكن أسهل في التعامل معها.
وفكر الباحثون كيارا سيناريلا وديفيد كامبي ونيكولا مارزاري، في استخدام المحاكاة الحاسوبية لتحليل البلورات ثلاثية الأبعاد المعروفة، بحثا عن تلك التي تبدو - بناء على خصائصها الهيكلية والإلكترونية - وكأنه يمكن "تقشيرها" بسهولة، للحصول بشكل أساسي منها على بنية نانوية أحادية البعد (بين 1 إلى 100 نانوميتر) مستقرة. وقد تم استخدام نفس الطريقة بنجاح في الماضي لدراسة المواد ثنائية الأبعاد، ولكن هذا هو أول تطبيق على نظيراتها أحادية البعد.
وبدأ الباحثون من مجموعة تضم أكثر من 780 ألف بلورة، مأخوذة من قواعد بيانات مختلفة موجودة في الأدبيات العلمية، وتم تجميعها معا بواسطة قوى فان دير فالس، وهو نوع من التفاعلات الضعيفة التي تحدث عندما تكون الذرات قريبة بدرجة كافية لتداخل إلكتروناتها. ثم قاموا بتطبيق خوارزمية تأخذ في الاعتبار التنظيم الفضائي لذراتهم بحثا عن تلك التي تحتوي على هياكل تشبه الأسلاك، وحسبوا مقدار الطاقة اللازمة لفصل هذا الهيكل أحادي الأبعاد عن بقية البلورة.
وتقول سيناريلا، وهي المؤلفة الأولى للدراسة: "كنا نبحث على وجه التحديد عن الأسلاك المعدنية، والتي من المفترض أن يكون من الصعب العثور عليها لأن المعادن أحادية البعد، من حيث المبدأ، لا ينبغي أن تكون مستقرة بما فيه الكفاية للسماح بالتقشير".
وفي النهاية، توصلوا إلى قائمة تضم 800 مادة أحادية الأبعاد، اختاروا منها أفضل 14 مادة مرشحة، وهي مركبات لم يتم تصنيعها كأسلاك فعلية بعد، لكن عمليات المحاكاة تشير إلى أنها ممكنة. ثم شرعوا في حساب خصائصها بمزيد من التفصيل، للتحقق من مدى استقرارها والسلوك الإلكتروني الذي ينبغي للمرء أن يتوقعه منها.
وبرزت أربع مواد معدنان ومادتان شبه معدنية باعتبارها الأكثر إثارة للاهتمام. ومن بينها السلك المعدني CuC2، وهو عبارة عن سلسلة مستقيمة مكونة من ذرتي كربون وذرة نحاس واحدة، وهو أدق أسلاك معدنية نانوية مستقرة عند درجة حرارة صفر مطلق تم العثور عليها حتى الآن.
تقول سيناريلا: "إنه أمر مثير للاهتمام حقا، لأنك لا تتوقع أن يكون سلك فعلي من الذرات على طول خط واحد مستقرا في الطور المعدني". ووجد العلماء أنه يمكن تقشيره من ثلاث بلورات أصلية مختلفة، جميعها معروفة من خلال التجارب NaCuC2 و KCuC2 وRbCuC2 ويتطلب استخراجها القليل من الطاقة، ويمكن ثني سلسلتها مع الحفاظ على خصائصها المعدنية، مما يجعلها مثيرة للاهتمام للإلكترونيات المرنة.
تشمل المواد الأخرى المثيرة للاهتمام الموجودة في الدراسة، والتي نُشرت في مجلة ACS Nano، شبه المعدن Sb2Te2، والذي قد يسمح، بسبب خصائصه، بدراسة حالة غريبة للمادة تم التنبؤ بها منذ 50 عاما ولكن لم يتم ملاحظتها مطلقا، تسمى العوازل الإكسيتونية، وهي واحدة من تلك الحالات النادرة التي تصبح فيها الظواهر الكمومية مرئية على المستوى العياني. ثم هناك Ag2Se2، وهو شبه معدن آخر، وTaSe3، وهو مركب معروف وهو الوحيد الذي تم تقشيره بالفعل في التجارب باعتباره أسلاكا نانوية، والذي استخدمه العلماء كمعيار.
أما بالنسبة للمستقبل، فتوضح سيناريلا أن المجموعة تريد التعاون مع علماء تجريبيين لتصنيع المواد فعليا، مع مواصلة الدراسات الحسابية لمعرفة كيفية نقل الشحنات الكهربائية وكيف تتصرف في درجات حرارة مختلفة. سيكون كلا الأمرين أساسيين لفهم كيفية أدائهما في تطبيقات العالم الحقيقي.
المصدر: عربي21
كلمات دلالية: سياسة اقتصاد رياضة مقالات صحافة أفكار عالم الفن تكنولوجيا صحة تفاعلي سياسة اقتصاد رياضة مقالات صحافة أفكار عالم الفن تكنولوجيا صحة تفاعلي تكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا النانو النانو أبحاث اسلاك المزيد في تكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا سياسة سياسة تكنولوجيا تكنولوجيا تكنولوجيا تكنولوجيا تكنولوجيا تكنولوجيا تكنولوجيا تكنولوجيا سياسة اقتصاد رياضة صحافة أفكار عالم الفن تكنولوجيا صحة
إقرأ أيضاً:
سامسونج ستتفوق على آبل في سباق الهواتف بشريحة 2 نانومتر
على مدار السنوات الماضية، كان هناك تنافس مستمر بين شركتي آبل Apple وسامسونج Samsung، في تقديم المعالجات الأكثر تقدما في هواتفهم الذكية.
وتتسابق العلامتان التجاريتان؛ لتقديم أفضل التقنيات، بينما تتميز سلسلة iPhone 16 بمجموعة شرائح آبل Apple A18 التي صنعت بعملية تصنيع 3 نانومتر، فإن مجموعة Galaxy S25 تأتي مع معالج كوالكوم Snapdragon 8 Elite، والتي تم تصنيعها أيضا بتقنية 3 نانومتر.
أفادت تقارير سابقة، بأن شركة آبل قد تكون أول شركة تطلق هاتفا مزودا بشريحة 2 نانومتر، بينما يسلط تقرير جديد، الضوء، على جهود سامسونج؛ لجلب شرائح 2 نانومتر إلى سلسلة هواتف جالاكسي S26 المقبلة قبل أي منافس آخر.
وأحرز قسم Samsung Foundry التابع لشركة سامسونج لأشباه الموصلات، تقدما ملحوظا في عملية التصنيع بتقنية 2 نانومتر، مما قد يفتح المجال أمام الشركة لإطلاق شريحة Exynos 2600 بتقنية 2 نانومتر.
يذكر أن سامسونج قد توقفت عن استخدام شرائح Exynos في سلسلة هواتف جالاكسي S25 بسبب مشكلات في الأداء، وضعف الإنتاجية، وتفوق أحدث رقائق من شركة كوالكوم.
ومع ذلك، قد تعود معالجات Exynos مع أجهزة جالاكسي S26، المقرر الكشف عنها في أوائل عام 2026.
واجه فرع Samsung Foundry صعوبات في عام 2024، حتى أن وسائل الإعلام الكورية أفادت بأن سامسونج خفضت استثماراتها في هذا القسم بأكثر من النصف، وخصصت 5 تريليون وون كوري فقط لأعماله في عام 2025.
وعلاوة على ذلك، ذكرت تسريبات، أن سامسونج قد تفكر في الاستعانة بشركة TSMC لتصنيع رقائق Exynos.
لكن سامسونج ليست وحدها في هذا السباق، فقد أفاد محلل أخبار شركة آبل الشهير، مينج تشي كو، بالفعل بأن الشركة ستطلق سلسلة هواتف آيفون 18 بمعالجات 2 نانومتر في النصف الثاني من عام 2026.