كل الأجهزة الالكترونية من الهواتف إلى كمبيوترات الذكاء الاصطناعي الفائقة تعمل بترانزستورات السيليكون، وتحتاج هذه الترانزستورات لكي تعمل إلى حد معين من الطاقة وإن أمكن تقليل الجهد الكهربائي اللازم لتشغيلها فهذا سيوفر كمية كبيرة من الطاقة المستهلكة على مستوى العالم.
لذلك قام باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتطوير نوع جديد من الترانزستورات الثلاثية الأبعاد تستخدم مواد بديلة عن السيلكون تسمح لها بالعمل بكفاءة وبطاقة كهربائية أقل.
تعمل الترانزستورات لتمثيل حالتين في النظم الحاسوبية التي تعمل بالنظام الثنائي المكون من أصفار وواحدات، يمكن لكل ترانزستور أن يأخذ حالة الصفر (الإيقاف) عند عدم وجود تيار، وعند تمرير تيار ينتقل إلى حالة واحد(تشغيل)، إذ يدفع التيار الإلكترونات للانتقال وعبور حاجز الطاقة، وكلما كان الجهد الكهربائي اللازم ليأخذ حالة التشغيل أقل كان الترانزستور أفضل وأكثر توفيرا للطاقة.
استخدم الباحثون مجموعة فريدة من مواد أشباه الموصلات فائقة الرقة وهي (أنتيمونيد الجاليوم) Gallium antimonide، و(زرنيخيد الإنديوم) indium arsenide، واستغلوا ظاهرة فريدة في عالم الكم تعرف باسم (النفق الكمومي) Quantum Tunneling، التي تسمح للإلكترونات باختراق حواجز الطاقة مستفيدة من خاصيتها الموجية.
ويعني ذلك أنه يمكن تشغيل الترانزستور بسرعة أكبر و بجهد كهربائي أقل بكثير مما هو مطلوب في ترانزستورات السيليكون التقليدية، مما يؤدي إلى تحسين كبير في الفعالية وتوفير عالي في الطاقة.
واستخدام الباحثون أحدث التقنيات المتاحة في منشأة (MIT.nano) المتخصصة في الأبحاث النانوية لتطوير هذه الترانزستورات النانوية ثلاثية الأبعاد التي تتميز بهياكل غير متجانسة من الأسلاك النانوية الرأسية التي يبلغ قطرها 6 نانومترات فقط – وهي تُعدّ أصغر ترانزستورات ثلاثية الأبعاد طُورت حتى الآن.
وقد أظهرت التجارب التي أجراها الباحثون على هذه الترانزستورات أنها تحقق أداءً يفوق الأنواع التقليدية، إذ أنها أسرع ويمكن وضع عدد أكبر منها في حجم معين نظراً لصغرها كما أنها أقل استهلاكاً للطاقة، وبمقارنة كلية مع مثيلاتها من ترانزستور السيليكون وجد الباحثون أنها تتفوق بنسبة تبلغ 20 مرة.
نشر الباحثون عملهم في مجلة نيتشر إليكترونيكس، ويعد خطوة متقدمة نحو صناعة جيل جديد من الالكترونيات الأسرع والأكثر كفاءة، لكن مازال عليهم أن يجدوا طريقة فعالة تضمن رصفها على شريحة واحدة صغيرة دون أن يتأثر عملها و كفاءتها.
