الجرافين

تجربة الممحاة الكمومية هي تجربة تعتمد على فكرة القطع التناظري للجسيمات التي تمر عبر فتحة صغيرة في حاجز. ويمكن تحقيق هذا عن طريق استخدام ما يسمى بـ “قواعد الفوتونات”، وهي عبارة عن أسلاك وبطاريات تسخن وتبرد بشكل مستمر، وتستخدم لإنتاج جسيمات الفوتونات في شكل أشعة.

تقوم تجربة الممحاة الكمومية باستخدام مصدر من شعاع الإلكترونات المتجه بشكل عمودي على عينة صلبة مثل شريحة رقيقة من الجرافين، والتي يتم توصيلها بمضخة متفرعة للكشف عن قطعها التناظرية. عند مرور الإلكترونات عبر العينة، فإنها تنتج كتلة التداخل (التدخل التجميعي) في مكان وحيد على الشاشة الرقمية والتي تعرض، وهي تحرص على مقارنة تلك الأنماط التداخلية مع توقعات المتعارف عليها في ضوء نظرية الكم، لتمييز العملية البسيطة التي تشكل النتائج المذهلة لتلك التجارب.

وتتيح هذه التجربة فهم بعض الظواهر الكمومية، مثل تبديل الملاحظة والتي تشير إلى أن دائرة الاختلافات المحتملة للحقيقة تتغير بناءً على الطريقة التي نراقب بها الجسيمات الكمومية، بالإضافة إلى ظاهرة تداخل الجسيمات التي تظهر فيها الجسيمات الكمومية وكأنها مجموعة من الموجات في مراقبة واحدة.

تستخدم مواد الفيمتو في التكنولوجيا النانوية بعدة طرق، بما في ذلك:

1- تصنيع النانو ذرات المعادن: حيث يمكن استخدام عملية التأليف الذاتي لتنظيم الذرات الفيمتوية في الوسط السائل، وتحويلها إلى نانو ذرات معدنية بطريقة متحكمة.

2- تصنيع المواد النانوية: تستخدم مواد الفيمتو لتصنيع المواد النانوية، بما في ذلك النانو أنابيب الكربون والنانو ورقة الجرافين.

3- التطبيقات الأخرى: يمكن استخدام مواد الفيمتو في تحسين خصائص المواد النانوية، مثل تحسين مقاومة الصدمات والصلابة والموصلية الكهربائية، وتطوير تقنيات التشخيص الحيوي وغيرها من التطبيقات التقنية.

التقنيات النانومترية تشير إلى الدراسة والتحكم في الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد على مستوى النانومتر (10^-9 متر). وتستخدم هذه التقنيات مجموعة من الأدوات والتقنيات مثل المجهر الإلكتروني عالي الدقة، والأشعة السينية، والليزر وغيرها لدراسة هياكل المواد على المستوى الذري والجزيئي.

تشمل التقنيات النانومترية في فيزياء المواد المكثفة:
– صناعة الأغشية الرقيقة عن طريق ترسيب البخار الكيميائي أو الرش بالبلازما. يستخدم هذا الأسلوب لتجهيز مواد نانوية مثل الجرافين والنانوأسلاك والنانوجزيئات.
– تقنية اللمس النانوي التي تسمح بتصنيع أشياء صغيرة جداً باستخدام القوى الكهربائية والمغناطيسية والجاذبية السطحية لتشكيل الأشياء في النانومتر.
– المجهر النفاث، والذي يستخدم تدفق الجزيئات عالية السرعة لتحضير مواد نانوية والتحكم في تركيبها.
– تقنية الأشعة السينية النانومترية، والتي تستخدم أشعة X لدراسة هياكل المواد على المستوى النانومتر وتطبيقاتها في مجالات مثل الإلكترونيات والأدوية والمواد الواقية.

جميع هذه التقنيات تسمح بتصنيع مواد نانوية ودراسة تأثير الخصائص الفيزيائية والكيميائية في هذه الأحجام الصغيرة، وتستخدم بنجاح في العديد من المجالات مثل الأجهزة الإلكترونية والمواد الطبية وعلوم البيئة والطاقة.

يتم استخدام مواد متنوعة لقياس الالكترونيات الجزيئية، بما في ذلك:

1- السيليكون (Silicon): يستخدم في صناعة شرائح الكمبيوتر والأجهزة الإلكترونية الأخرى.

2- النحاس (Copper): يستخدم في تصنيع الأسلاك والموصلات والمسطحات الإلكترونية.

3- الجرافين (Graphene): يمتاز بخفة وزنه وقوته العالية وأدائه الممتاز كموصل. ويستخدم في تصنيع أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الإلكترونية الأخرى.

4- المواد النانوية (Nanomaterials): تشمل عددًا من المواد الخاصة المستخدمة في صناعة الالكترونيات الجزيئية، مثل النانوتكنولوجي والنانوسليكون والنانوذهب والنانوفضة. وتستخدم على نطاق واسع في صناعة الأقراص الصلبة والشاشات اللمسية وغيرها من الأجهزة الإلكترونية.

المواد المستخدمة في الإلكترونيات المطبوعة تختلف حسب الطباعة والتطبيق المستخدم. ومن بين المواد الشائعة التي تستخدم عادة في الإلكترونيات المطبوعة:

1- الأنواع المختلفة من الحبر الموصل.

2- الأنواع المختلفة من السبائك والمواد الموصلة، مثل الذهب والفضة والنحاس.

3- اللصقات والأشرطة اللاصقة والأدوات الأخرى المستخدمة في الربط والتوصيل.

4- المواد المرنة والمرنة مثل البوليمرات والبوليسترات.

5-المواد النانوية مثل الجرافين والنانوأنابيب.

6-الأغشية الحرارية الموصلة والبلاستيكية.

7-ومواد متناظرة أخرى.

يتم استخدام هذه المواد لإنتاج الدوائر الإلكترونية المطبوعة، والأشرطة الحرارية، والشاشات العرض، والألواح الشمسية، والعديد من التطبيقات الأخرى التي تحتاج إلى مواد موصلة أو مواد عازلة أو مواد عضوية أو غير ذلك.

تختلف الإلكترونيات الجزيئية عن الإلكترونيات التقليدية في العديد من الأشياء، حيث تضع الإلكترونيات الجزيئية المزيد من التركيز على تصميم وتصنيع الأجزاء الإلكترونية باستخدام تقنيات التصنيع الجزيئية، مثل النانوتكنولوجيا. وبالتالي فإنه يمكن إنتاج مكونات صغيرة جدًا بدقة عالية، مما يسمح بتصميم أنظمة إلكترونية أصغر وأكثر كفاءة.

تستخدم الإلكترونيات الجزيئية العديد من المواد الجديدة ، والتي تختلف عن المواد الاعتيادية التي تستخدم في الإلكترونيات التقليدية. تشمل هذه المواد النانومواد، والمواد النانوية القائمة على الكربون (مثل الجرافين)، والمواد الفلزية الرقيقة، والمواد النصفية ذات الحالة الصلبة، والبلورات المولكولية. وبالتالي يمكن تطوير أنظمة إلكترونية جديدة بتقنيات غير تقليدية، تستخدم موادًا جديدة وتصميمات غير تقليدية.

تستخدم الإلكترونيات الجزيئية أيضًا تقنيات جديدة للتحكم في تدفق التيار الكهربائي وتخزين الطاقة. وتستخدم بعض الأنظمة الجزيئية تقنيات الذاكرة الحيوية لتخزين واسترجاع البيانات، حيث يتم تخزين المعلومات في الجزيئات الحية التي تغير شكلها بسبب التغيرات الكهربائية التي تمر بها.

ويستخدم الإلكترونيات الجزيئية أيضًا تقنيات الإضاءة الحاصلة على الجزيئات والتي تستخدم في شاشات العرض الحالية. يتم تصنيع هذه الشاشات باستخدام مواد نانوية ، ويتم التحكم في الشاشة باستخدام الشحنات الكهربائية. وتتيح التقنيات الجزيئية الجديدة، مثل الإضاءة المستندة إلى الجزيئات ، إمكانية عرض صور وألوان ذات جودة عالية.

وبشكل عام، تعتمد الإلكترونيات الجزيئية على تقنيات أكثر دقة وتركيزًا على المواد النانوية. وقد يؤدي ذلك إلى تصميم أجزاء إلكترونية صغيرة وأكثر كفاءة وأجهزة إلكترونية جديدة.

توجد العديد من الأجهزة المصنوعة من المواد النانومترية، ومنها:

1- شاشات الكريستال السائل (LCD) والتي تحتوي على طبقة رقيقة جداً من الكريستالات السائلة التي تحتوي على جزيئات نانومترية.

2- الأجهزة الإلكترونية المصنوعة من الجرافين والتي تتميز بخفة وزنها ومقاومتها العالية للحرارة والتآكل.

3- الأجهزة الحيوية المصنوعة من النانومتريالات والتي تستخدم في الطب لعلاج الأمراض والأورام الخبيثة.

4- الأجهزة الإلكترونية المصنوعة من النانوأسلاك والتي تتميز بسرعة نقل البيانات والإشارات.

5- الأجهزة الشمسية المصنوعة من النانومتريالات والتي تستخدم في توليد الطاقة الشمسية.

هناك العديد من المواد الجديدة التي يتم استخدامها في الصناعات الإلكترونية، ومن بينها:

1. الجرافين: هو مادة رقيقة جداً وقوية جداً تتكون من طبقة واحدة من الذرات الكربونية. يمكن استخدامه في صناعة الشاشات الحية، والأجهزة القابلة للطي، وأنظمة الطاقة الشمسية.

2. نانوتكنولوجي: تستخدم تقنية النانوتكنولوجيا لتصميم وتصنيع الأجهزة الإلكترونية الصغيرة جداً مثل شرائح المعالجة المركزية والمحركات الخفيفة والدقيقة.

3. النانومواد: وهي عبارة عن مواد تتكون من جزيئات صغيرة جداً، ويمكن استخدامها في التصميم وتصنيع الأجهزة الإلكترونية الصغيرة، والأجهزة الحيوية والطبية.

4. الأكسيدات الفلزية: تستخدم في إنتاج البطاريات والأجهزة الإلكترونية المثبتة على الأسطح.

5. مواد البوليمر: تستخدم في إنتاج الأجهزة الإلكترونية المثبتة على الأسطح بسبب خفتها الوزنية وصلابتها الميكانيكية.

6. الزجاج الشفاف الموصل: يستخدم في شاشات العرض والأجهزة الإلكترونية الشفافة.

تطورت العناصر الإلكترونية على مر السنين وتم تطوير العديد من الأنواع منها. ومن بين أحدث التطورات التكنولوجية في العناصر الإلكترونية:

1- شبكات النانو:

تمكن الباحثون من تصميم شبكات من النانو الدقيق والتي تتحول إلى مواد تتمتع بخصائص فريدة مثل القوة والصلابة. ويمكن استخدام هذه المواد في صناعات مثل الطيران والفضاء والعمارة.

2- الألواح الشمسية الرقيقة:

تم تطوير الألواح الشمسية الرقيقة التي تزيد كفاءة تحويل الضوء إلى كهرباء بشكل ملحوظ وتم تطبيقها في العديد من المجالات.

3- النانو أنابيب:

تم تصنيع النانو أنابيب التي تمثل مساحة صغيرة لوحدات التخزين ومعالجة البيانات.

4- بطاريات الجرافين:

تم تطوير بطاريات من الجرافين الخفيفة والمرنة والتي تتيح للأجهزة الإلكترونية العمل بأدنى استهلاك للطاقة.

5- تقنية الحوسبة الكمومية:

تجدر الإشارة إلى أن الحوسبة الكمومية هي مجال تطور تقني يستخدم الخوارزميات الكمومية لتحليل البيانات والمعلومات والذي سيؤدي إلى تحسين عمل شبكات الإنترنت ومواقع الإلكترونية.

هناك العديد من الطرق لتسريع الترانزيستور ، وهي المكون الأساسي في الدوائر الإلكترونية الحالية. بعض من هذه الطرق هي:

1- استخدام التقنيات المتقدمة في تصنيع الترانزستورات مثل النانوتقنية والتطوير الجيل الأعلى من الترانزستورات المنطقية.

2- زيادة تردد التشغيل وتقليل وقت الإشارة ، عن طريق تقليل الحد الأدنى للتأخير في الخطوة الواحدة (مثل تخفيض زمن الانتقال وتقليل السعة العابرة).

3- استخدام مواد أفضل للموصل الناقل مثل الجرافين والنانو أسلاك المعدنية.

4- تقليل الطول والعرض الفعلي للقناة لتقليل المقاومة.

5- حسن تبريد الترانزستور، كما استخدام تقنيات التبريد المتطورة مثل مروحة التبريد.

6- تحسين الدوائر المحركة والمكبرة لتقليل الضوضاء والانحراف الخاص بالترانزستور.