تقنية مبتكرة للحد من فقدان الحرارة في الأجهزة

طوّر العلماء مفتاحًا نانويًا هندسيًا يساهم في تقليل فقدان الحرارة في الأجهزة الإلكترونية الحديثة، وذلك من خلال تعديل مادة غير تقليدية، حيث تمكنّوا من ابتكار مفتاح نانوي ثوري لا يقتصر دوره على تقليل فقد الطاقة، بل يعمل أيضًا كمعادلة حرارية متطورة بين الركيزة والمادة الممتصة.

يستفيد الجهاز، الذي لا يزال في مرحلة التجريب، من الإكسيتونات، وهي جسيمات محايدة تتكون من إلكترونات مقيدة وفجوات، لنقل المعلومات، ومن خلال تجنب المقاومة الكهربائية والحرارة الناتجة عنها، أظهرت هذه التقنية انخفاضًا بنسبة 66% في فقد الحرارة، مما يوحي بإمكانية تطوير أجهزة أكثر كفاءة وفاعلية للجيل القادم.

وفقًا للدراسة المنشورة في مجلة ACS Nano، ابتكر فريق من جامعة ميشيغان مفتاحًا نانويًا هندسيًا ضوئيًا (NEO)، وعلى الرغم من أن استخدام هذا الجهاز يظل محدودًا بسبب بعض القيود الوظيفية، فإنه يتحكم في الإكسيتونات المحايدة عبر طبقة أحادية من ثنائي سيلينيد التنغستن عند حافة نانوية من ثاني أكسيد السيليكون.

يمثل هذا الجهاز استجابةً للمقاومة في الإلكترونيات، التي تؤدي إلى تفريغ الطاقة المفيدة على شكل حرارة مهدرة، ما يسبب ارتفاع درجة حرارة أجهزة مثل الحواسيب المحمولة والهواتف، حيث أن الإكسيتونات غير مشحونة، فإنها تتجنب هذه المقاومة.

يمكن تعريف المفتاح النانوي بأنه عنصر إلكتروني صغير جدًا، يشبه الترانزستور التقليدي في التحكم بتشغيل أو إيقاف الإشارات داخل الأجهزة، لكنه يعمل على مستوى النانومتر، وفي الترانزستورات العادية تُستخدم الإلكترونات لنقل الإشارات، مما ينتج عنه مقاومة كهربائية وتفقد جزئيًا الطاقة على شكل حرارة. بينما يعتمد المفتاح النانوي الجديد على الإكسيتونات التي لا تحمل شحنة كهربائية، وهذا يجعله أكثر كفاءة ويقلل من استهلاك الطاقة، مما يمهد الطريق نحو أجهزة أكثر برودة وفاعلية في المستقبل.

يسمح تصميم الحافة النانوية للضوء بالتفاعل مع الإكسيتونات في جميع الظروف والأوقات، مما يُعزز من فعالية عمله، وقد أظهر الباحثون كيف أن بنية المادة التي تُظهر حركة الإكسيتون قد تكون عنصراً محوريًا في تطوير أنظمة جديدة للتغلب على القيود الحالية لأجهزة الإكسيتون المفرد.