الطريق الالكتروني السريع

استمع على ساوندكلاود 🎧

أدّى اكتشاف أنصاف النواقل المصنوعة من السيليكون إلى ثورة حقيقية في مجال التكنولوجيا فتم اعتماد هذه المواد في تصنيع معظم الأجهزة الإلكترونية الحديثة، (معرفة المزيد عن انصاف النواقل

هنا

هنا

لكن تم الكشف مؤخراً عن نوع جديد من أنصاف نواقل مصنوعة من مواد عضوية تتيح للإلكترونات أن تتدفق بسرعة وبسهولة أكبر عبر ما تم تسميته "الطريق الإلكتروني فائق السرعة" . للتعرف أكثر على هذا الطريق الجديد، تابعوا معنا هذا المقال...

أتاح الجيل الجديد من أنصاف النواقل العضوية الفرصة لتصنيع الأجهزة الإلكترونية المرنة (كشاشات التلفاز القابلة للطي – هنا - وشواحن الهواتف الخلوية العاملة بالطاقة الشمسية والمصنوعة من مواد نسيجية) بتكاليف أقل. لكن لا تزال الأسس العلمية التي تجعل الإلكترونات تتحرك بسرعة وسهولة غامضة. وللمساعدة في إيجاد حلِّ لذلك، قام فريق من علماء المواد من جامعة فيرمونت UVM بابتكار طريقة جديدة لإنشاء ما أطلقوا عليه "الطريق الإلكتروني فائق السرعة" وذلك ضمن إحدى المواد العضوية الرخيصة والتي تدعى " فتالوسيانين phthalocyanine"، حيث يسمح هذا الطريق للإلكترونات بالتدفق بشكل أسرع ولمدى أبعد ضمن المواد العضوية، وسيساعد اكتشافهم في البحث عن بدائل للأجهزة الإلكترونية التقليدية والمعتمدة بشكل أساسي على السيليكون.

تعتمد العديد من تلك الأجهزة الإلكترونية المرنة (شاشات التلفاز، شواحن الهواتف...) على شرائح رقيقة من المواد العضوية والتي تقوم بالتقاط ضوء الشمس وتحويله إلى تيار كهربائي وذلك عن طريق إثارة الإلكترونات ضمن المادة أو ما يُدعى بالأكسيتونات (1) excitons ، وتعتبر زيادة المسافة التي تقطعها الأكسيتونات المنتشرة (قبل وصولها إلى مستوى النقل) أمراً أساسياً لتحسين كفاءة العناصر النصف الناقلة العضوية .

تمكن فريق العلماء UVM من رصد التشوهات النانوية ضمن رقاقة الفتالوسيانين الرفيعة باستخدام تقنيات التصوير المتطورة. ويقول العلماء : "لقد اكتشفنا أنه لدينا ما يشبه التلال التي تتدفق الإلكترونات من فوقها، كما يوجد أخاديد تحاول الإلكترونات أن تتجنَّبها" .

للعثور على تلك التشوهات وبدعم من المؤسسة الوطنية للعلوم، قام فريق UVM ببناء مجهر مسح ليزري يقوم بجمع شكل خاص من الضوء المستقطب خطيّاً وإشارة النصوع الضوئي وذلك لإظهار التركيب الجزيئي لبلورات الفتالوسياينن بشكل بصري . وتتيح هذه التقنية الجديدة لفريق العلماء فهماً أعمق لكيفية تأثير ترتيب " الجزيئات والحدود molecules and the boundaries " على حركة الأكسيتونات .

وعلى الرغم من تركيز الدراسة (المنشورة في صحيفة Nature Communication) على مادة عضوية واحدة وهي الفتالوسيانين إلّا أن هناك بحثاً جديداً سيُمكننا من استكشاف عدة أنواع أخرى من المواد العضوية لتحسين الخلايا الشمسية بشكل خاص.

وأدّت هذه الدراسة الجديدة الى توجيه الأنظار إلى أهميّة زيادة المسافة التي تقطعها الأكسيتونات في رقاقات أنصاف النواقل العضوية وهذه هي الآلية الأساسية للسماح للأكسيتونات بأن تسافر لمسافات أبعد. حيث يُشبه تكدّس الجزيئات تكديس الأطباق ضمن الرف، وهذه الجزيئات المُكدسة وهذا الرف هو عبارة عن الطريق الغلكتروني فائق السرعة.

وتجدر الإشارة إلى أن الإلكترونات في هذه المواد لا يتم دفعها أو تحريكها بواسطة تطبيق جهد كهربائي كالإلكترونات المتدفقة ضمن المصباح الكهربائي، وإنما من نقل نبضة الارتداد bounce من أحد الجزيئات المتكدسة لأخرى، ممّا يسمح لشريحة المواد العضوية الرقيقة أن تحمل الطاقة على طول هذا الطريق الجزيئي وبسهولة نسبية. ويضيف العلماء بأن كيفية جعل الخلايا الكهرضوئية أو تقنيات الطاقة الشمسية أفضل، هو أحد أهم التحديات التي نعيشها اليوم، ولفعل ذلك فإنّنا بحاجة إلى فهم أعمق لكيفية انتشار الأكسيتون وهوما نتطرق إليه في بحثنا هذا " .

برأيك ما هي التطبيقات التي يمكن ان تستفيد من هذه التقنية؟

الأكسيتونات(1) : هي عبارة عن الإلكترونات التي تتحرر من مدارها مُخلِّفةً ورائها ثقوباً موجبة الشحنة .

المصدر:

هنا