علماء يجمعون ما بين الضوء والكهرباء لجعل الإلكترونيات أصغر وأسرع

البولاريتونات هي المنقذ

بعد أن وصلنا إلى أصغر الجسيمات الأولية المعروفة في الفيزياء، بدأنا نرى بوضوح أكثر من ذي قبل أن قانون مور لن يصمد إلى الأبد. ولكن على الرغم من أنه يبدو أننا اقتربنا من الحد الأقصى الممكن لتصغير المعالجات (وفقاً لما نعرفه حالياً)، فإن قانون مور، على ما يبدو، لن يُلغ إلى الأبد... على الأقل حالياً.

يقوم العلماء من كافة أنحاء العالم بابتكار مقاربات متنوعة لكيفية حشر المزيد من الطاقة والسرعة في أصغر مساحة ممكنة، وقد أضافت دراسة جديدة من جامعة كامبريدج، بالتعاون مع باحثين من المكسيك واليونان، طريقة جديدة إلى ما سبق من مثيلاتها، فقد وجد باحثون طريقة لتوحيد الضوء والكهرباء باستخدام قاطع كهربائي- بصري صغير ينتج الضوء السائل ويتلاعب به، كما في السوائل الموجودة في العصي المضيئة.

يقول د. حامد أوهادي من مخبر كافنديش في جامعة كامبريدج، أحد المؤلفين المشاركين في البحث: "لقد شارفنا على الوصول إلى الحد الأقصى لإمكانية تصغير الترانزستورات، ويمكن للإلكترونيات المبنية على أساس الضوء السائل، أن تكون وسيلة لزيادة طاقة وفعالية الأجهزة الإلكترونية التي نعتمد عليها."

حالياً، نعتمد لنقل البيانات على نظام هجين من الكهرباء والألياف الضوئية، حيث تعالج المعلومات باستخدام شحنات كهربائية ضمن شرائح من أنصاف النواقل، ويستخدم خط نقل مستقل لنقل هذه المعلومات باستخدام الكابلات الضوئية (نقل البيانات باستخدام الضوء).

يجب في البداية أن يتم تحويل الكهرباء إلى ضوء قبل أن تنتقل عبر الكابلات الضوئية، وهي عملية تستغرق وقتاً. تقوم الأداة الجديدة بردم الهوة بين الكهرباء والضوء، باستخدام آليات تعتمد على جسيم هجين يسمى البولاريتون، ما يقلل من وقت التحول الكهربائي–الضوئي، ويجعل نقل البيانات أسرع.

يمكنك أن تشاهد شرحاً عن آلية عمل البولاريتون في هذا الفيديو الرائع:

يقول المؤلف الأساسي د. ألكسندر دريسمان، أيضاً من مخبر كافنديش في جامعة كامبريدج: "يقوم قاطع البولاريتون بجمع أفضل الخصائص في الإلكترونيات والألياف الضوئية في أداة واحدة صغيرة، قادرة على العمل بسرعات عالية جداً باستخدام مقدار ضئيل من الطاقة."

الضوء السائل بدلاً من الإلكترونات

وضع الباحثون عدة بولاريتونات ضمن نفس الحيز، ومن المعروف أن هذا يحفز على تكاثفها إلى سائل هجين من المادة والضوء، يتمتع بلف ذاتي مع عقارب الساعة (علوي) أو بعكس عقارب الساعة (سفلي).

يمكننا أن نتلاعب بتغيير اللف الذاتي للإصدار الضوئي لهذا السائل بين العلوي والسفلي، فيلعب دوراً مشابهاً للترميز الثنائي، الذي يمكن إرساله كبيانات ضمن الألياف الضوئية.

ولكن، وعلى غرار أغلب التجارب المخبرية في الفيزياء الكمومية، فقد اختبر هذا النموذج الأولي ضمن درجات حرارة منخفضة جداً، حيث أن الجسيمات تكون مستقرة بشكل أفضل، بما أنها تدخل حالة من الهيجان الشديد بمجرد تعرضها للحرارة.

غير أن الباحثين واثقون من قدرتهم على جعل هذه الآلية تعمل في درجة حرارة الغرفة، ويخططون لجعلها متاحة للاستهلاك التجاري، ومكاملتها مع التقنيات الحالية، خصوصاً في مجال معالجة الإشارة وتقنيات المعلومات.