دراسة مهمة عن التحكم بالإلكترونيات من خلال خصائصها

تعلم فريق من البحث العلمي الدولي بمشاركة كبير العلماء من الجامعة الوطنية الروسية للأبحاث التكنولوجية 'ميسيس' البروفسور غوتهارد سيفيرت التحكم من خلال آثار الإكسيتون في أشباه الموصلات الثنائية الأبعاد (كلمة excito باللاتينية تعني أنا أُثير).

ونشرت الدراسة في مجلة 'الفيزياء الطبيعية' هي خطوة مهمة نحو تصميم الإلكترونيات بخصائص يتم التحكم بها.

إن دراسة المواد الثنائية الأبعاد (يطلق على ثنائية الأبعاد تلك الأنظمة التي تتحرك فيها الإلكترونات من خلال إحداثيتين) هي واحدة من المسائل المهمة جداً بالنسبة للعلم، ويشار إلى أنه تم منح جائزة نوبل في الفيزياء لاكتشاف ودراسة أول مادة من هذا النوع (الغرافين) في عام 2010.

وبسبب الخصائص التي تتمتع بها، تعتبر المواد الثنائية الأبعاد أساسا لعناصر الإلكترونيات المدمجة من الجيل الجديد، على سبيل المثال، ثاني كبريتيد الموليبيدينوم (MoS2) ثنائي الأبعاد يتمتع بحركة عالية للشحنة والعلاقة 'تشغيل/إيقاف' في عنصر الترانزستور، كل هذا يشير إلى إمكانية تحسين سرعة عمل الالكترونيات بشكل كبير.

في عام 2017 اقتربت عملية الاستخدام الكامل لهذه المادة من وصف آلية الظهور السريع لعيوب البنية (MoS2)، وهذا الوصف نشر في مجلة 'ACS Nano' من قبل البروفسور غوتهارد سيفيرت، علما أن العلماء واصلوا دراسة خصائص المواد ثنائية الأبعاد.
وفي هذا السياق تحدث البروفسور غوتهارد سيفيرت كبير العلماء في جامعة 'ميسيس' قائلاً: 'إن الخصائص البصرية المتميزة لطبقات هذه المواد مثل ثاني كبريتيد الموليبيدينوم وثنائي سيلينيت التينغيستن (WSe2) تعود لعنصر الإكسيتونات المرتبطة بشكل زوجي من ثغرة الكترونية electron hole (أشباه جسيمات التي تلعب دور ناقل للشحنة الإيجابية'.

• تقنية what3words يمكنها العثور على أي شخص في أي مكان

في الوقت نفسه فإن إنشاء مغايرة بنيوية MoS2/WSe2 عن طريق وضع طبقات متراصة على بعضها البعض يؤدي إلى ظهور عنصر الإكسيتون من نوع جديد حيث يتم فصل الالكترونات والثغرات إلى طبقات مختلفة.

ويوضح العالم غوتهارد سيفيرت النتيجة الجديدة قائلاً: 'بفضل استخدام طرق التحليل الطيفي والحسابات الكيميائية الكمومية، قمنا بتحديد زوج ثغرة الالكترون المشحون جزيئاً في عنصر MoS2/WSe2 وكذلك مكان وجوده، وتمكنا من التحكم بطاقة إشعاع عنصر الإكسيتون الجديد عن طريق تغيير التوجه النسبي للطبقات.

يشار إلى أن الإكسيتونات البينية تعطي إشارات ضوئية خاصة تعكس ما يجري لدى تصفيف الطبقات، ويمكن اعتبارها مثالية لإجراء تجارب الكترونيات الكم للتحكم بالإلكترونات في المناطق الدنيا لأشباه الموصلات (مناطق التوصيل المحلية ذات الحد الأدنى). وبفضل وضع الالكترون في أحد هذه المناطق الدنيا يجب أن يحدث تشفير أكثر فعالية للمعلومات.

• تقنية بريطانية جديدة لتحديد المواقع

بحسب قول العالم سيفيرت فإن الفريق العلمي يخطط لمواصلة الدراسة حول كيفية دوران الطبقات وتأثيرها على خصائص المواد الالكترونية، وما الذي يمكن ان يتم تصميمه من خلالها، إن كان ذلك لعناصر من الألواح الشمسية أو الترانزستورات وغيرها من الأجهزة.