كينغسفيل (26 أغسطس 2024) – يقوم اثنان من أساتذة الهندسة الكهربائية من جامعة تكساس إيه آند إم في كينغسفيل بصنع موجات بأشياء صغيرة ودرجات حرارة منخفضة للغاية. الدكاترة. قام رضا نيكوفي وأميت فيرما، الأستاذان في قسم الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر في كلية فرانك إتش. دوتيرويتش للهندسة، مؤخرًا بنشر ورقة بحثية في مجلة معاملات IEEE على تكنولوجيا النانو، وهي مجلة مشهورة في هذا المجال.
ورقتهم سلوك درجة الحرارة المنخفضة لترانزستورات التأثير الميداني ذات البوابة النانوية الكربونية أحادية الجداربحثت في كيفية عمل الأجهزة أو المفاتيح الإلكترونية المصنوعة من مواد نانوية على نطاق واسع من درجات الحرارة المنخفضة للغاية وما إذا كان يمكن استخدامها بشكل مناسب لمثل هذه التطبيقات.
"على مدى العقدين الماضيين، أصبحت المواد النانوية منتشرة في كل مكان في التطبيقات التي تغطي سلسلة الحياة الحديثة - بدءًا من تقوية الهياكل والمواد المستخدمة في التطبيقات اليومية؛ عوامل التنظيف، والتوصيل المستهدف للأدوية المنقذة للحياة ومستحضرات التجميل؛ توليد الطاقة بكفاءة. وقال نيكوفي: “إن تطوير دوائر وأنظمة إلكترونية متقدمة وقوية”.
وقال فيرما: "لقد تزامن هذا التقدم مع وصول عالم التطبيقات الإلكترونية إلى حدود مثيرة للاهتمام ومليئة بالتحديات". "وهذا يشمل مجال تطبيقات الفضاء السحيق والحوسبة الكمومية. تشترك جميع هذه التطبيقات التي تحدد المستقبل في شيء واحد، وهو الحاجة إلى أن تعمل الأنظمة الإلكترونية في نطاق واسع من درجات الحرارة المنخفضة للغاية.
"إن درجات الحرارة القصوى هي سمة روتينية للفضاء الخارجي. وأضاف أن تكنولوجيا الحوسبة الكمومية الحالية تتطلب أيضًا درجات حرارة منخفضة جدًا حتى تعمل هذه الأنظمة بكفاءة.
الجهاز الذي بحثوا عنه في هذا المشروع هو عبارة عن ترانزستور ذو تأثير ميداني شامل للبوابة، وهو من بين أحدث تصميمات أجهزة ترانزستور التأثير الميداني التي تستكشفها صناعة أشباه الموصلات. وفي هذا العمل، اعتبروا أيضًا أنبوب الكربون النانوي بمثابة قناة حمل التيار داخل الجهاز وقاموا بتصميم نموذج تشغيله لدرجات حرارة مختلفة تتراوح من -452 فهرنهايت إلى -64 فهرنهايت، على حد قولهم.
وقال فيرما إن أنبوب الكربون النانوي عبارة عن أنبوب يتكون من ذرات الكربون بسمك على مقياس نانومتر أو حوالي 50,000 ألف مرة أرق من شعرة الإنسان.
وقال فيرما: "اعتمد عملنا على الاستخدام المكثف لمجموعة الحوسبة عالية الأداء المستضافة في مجمع جافيلينا الهندسي". "تضمن الجهد نشر رموز حاسوبية لآلاف الخطوط التي طورناها لتتبع مسار كل إلكترون أثناء تحركه داخل الجهاز وإيصال الطاقة الكهربائية."
واكتشفوا أن درجة الحرارة لها تأثير عميق، ولكن لحسن الحظ، على سلوك الجهاز. وقال فيرما: "كلما انخفضت درجة الحرارة، زادت الطاقة التي يوفرها الجهاز". "وهذا بسبب التأثير المعروف لتقليل المقاومة الكهربائية مع درجة الحرارة، مما يؤدي إلى تيار أكبر عند نفس الجهد."
والأهم من ذلك أنهم وجدوا أن درجات الحرارة المنخفضة هذه ليس لها أي آثار ضارة على عمل الجهاز. وأضاف: "من الناحية النوعية، تصرفت الأجهزة كما هو متوقع، سواء في ظل تبديل جيجاهيرتز عالي التردد أو في ظل ظروف التيار المستمر المستقر".
هناك جانب مهم آخر اكتشفوه وهو التخمين الذي تم اقتراحه منذ عقود حول إمكانية حدوث ضوضاء تيراهيرتز عالية التردد في الأجهزة المكونة من مواد نانوية مثل الأنابيب النانوية أو الأسلاك النانوية، خاصة عند درجات حرارة منخفضة جدًا، في ظل ظروف التيار المستمر المستقر.
وقال نيكوفي: "ما وجدناه هو عدم وجود أي ضجيج من هذا القبيل". "وهذا من المحتمل أن يجعل الأجهزة المكونة من مواد نانوية تعمل في درجات حرارة منخفضة أكثر جاذبية للتطبيقات المتخصصة بما في ذلك الحوسبة الفضائية والكمية."
تعد هذه الاستنتاجات جزءًا من الجهود البحثية المستمرة التي يبذلها فيرما ونيكوفي لاستكشاف استخدام المواد النانوية في البيئات القاسية. تم وضع الأساس الأولي منذ حوالي ثلاث سنوات من خلال منحة مختبر الدفع النفاث التابع لناسا. يقوم Verma أيضًا بتحرير عدد من المواضيع الخاصة حول ضيف المواد النانوية في البيئات القاسية لحدود المجلة في تكنولوجيا النانو.
-تموق-
