تكنولوجيا النانو في معالجات الكمبيوتر

في العام 1990 قام دون أيغلر Don Eigler من مركز البحوث العائد لشركة (آي بي أم) IBM باستعمال مجس الكمبيوتر الماسح الخاص بالحفر (أس تي أم) Scanning Tunneling Microscope, STM لتهجئة أحرف (آي بي أم) بواسطة ذرات مستقلة لكي تبرهن للمرة الأولى للعالم عن مقدرة العلم على خلق هيكليات على مستوى الذرة.

وبعد عدة سنوات قدمت مجموعة (إيغلر) نفسها عرضاً لكيفية حبس الإلكترونيات داخل مجموعة من الحلقات الذرية الموضوعة على شكل أطواق (ستونهنج) Stonehenge Rings أطلق عليها اسم Quantum Corrals أي (الأطواق الكمومية) التي تم جمعها من ذرات مستقلة.

وكان آخر ما توصل إليه هؤلاء، بحسب مجلة (نايتشر) Nature ، هو أن هذه الأطواق الكمومية البيضاوية الشكل يمكنها أن تسلط صورة لذرة واحدة عبر صفحة نحاسية ملساء تساعد هذه الطريقة على خلق أسلوب جديد لنقل المعلومات قد يتحول في يوم من الأيام الى حجر أساس لتكنولوجيا كمبيوترية على المستوى النانوي، فصفحات النحاس والعديد من المعادن الأخرى تحوي بحراً ثنائي الأبعاد من الإلكترونيات.

وبحسب قواعد ميكانيكا الكمّ Quantum Mechanic ، تتحرك الإلكترونيات في هذا المحيط مثل أمواج البحر، وقد عمد إيغلر وطاقمه في العام 1990 إلى دراسة حركة الأمواج الإلكترونية على صفحة نحاسية بواسطة جهاز كمبيوتر (اس تي أم) الذي ذكرناه آنفاً، وقد قام هؤلاء بمراقبة جميع المؤثرات التي يمكن رؤيتها في أحواض الموج في مختبرات الفيزياء من تداخل وانعكاس وعوامل أخرى.

وفي آخر اختباراتهم خطا إيغلر وزملاؤه خطوة جديدة أخرى الى الأمام إذ قاموا ببناء هيكلية خاصة بالتركيز البؤري للأمواج الإلكترونية وتكوين الصور.
وقد اختار إيغلر وزملاؤه لهيكليتهم الشكل البيضاوي الذي تتضمن ميزاته القدرة على التركيز البؤري للأمواج الإلكترونية، ولتكوين الصور الكمومية قامت مجموعة إيغلر باستعمال رأس جهاز كمبيوتر (أس تي أم) لفصل أكثر من عشرين ذرة مستقلة، ذرة بذرة ووضعها بشكل بيضاوي بقطر يبلغ 150 آنغستروم Angstrom وهو وحدة لقياس الموجات الضوئية، عبر صفحة نحاسية ملساء، وبدلاً من رمي الحصاة قاموا بوضع ذرة (كوبالت) Cobalt بعناية في بؤرة من بؤر الشكل البيضاوي.

ومن المعروف أن مدارات إلكترونات الكوبالت لها (مرحلة مغنطيسية) Magnetic Moment تتفاعل بها هذه الإلكترونيات مع المحيط من حولها، ولكن التفاعلات هذه ضعيفة جدا، وإذا كانت الحرارة مرتفعة تتغلب عليها حركة الإلكترونيات.
ولكن عند انخفاض درجة الحرارة تبدأ هيمنة المرحلة المغناطيسية لذرة الكوبالت والإلكترونات، مما يحرف ويشوّش بحر الإلكترونات الموجودة في الجوار.

وهذا العمل يُطلق عليه اسم (مؤثر كوندو) Kondo Effect، ويمكن مراقبته بوضع خريطة لبحر الإلكترونات المتواجدة بالقرب من ذرة الكوبالت بواسطة مجس كمبيوتر (أس تي أم).

ولكن عند قيام مجموعة إيغلر بهذا الاختبار داخل الطوق البيضاوي الذي قاموا بتشكيله، فقد لاحظوا شيئاً آخر، لم يكن بحر الإلكترونات بالقرب من ذرة الكوبالت مشوشاً فقط بل اكتشفوا أن البؤرة الأخرى الفارغة حصل فيها التشويش نفسه تقريبا على شكل صورة طبق الأصل عن بحر الإلكترونات المتواجد حول ذرة الكوبالت البعيدة، فقد اكتشفوا (السراب الكمومي) Quantum Mirage.

يقول إيغلر ان نقل المعلومات عبر السراب الكمومي يختلف جوهرياً عن نقل المعلومات عبر الأسلاك بالطريقة العادية، ففي الشريحة الكمبيوترية تنتقل المعلومات بنفس طريقة انسياب الإلكترونات عبر الأسلاك الأمر الذي يجعل الشريحة الكمبيوترية تسخن.

وتكنولوجيا تسليك الشريحة بالنحاس التي ابتكرتها (آي بي أم) حديثاً تساعد على خفض هذه الحرارة، ولكن اعتماد (السراب الكمومي) لنقل المعلومات يتخطى هذه المشكلة برمتها فليس هناك تبديد للطاقة في قناة النقل . ويضيف إيغلر: بالرغم من أن السراب هذا يعمل عبر مسافات قصيرة فسوف يسمح للمزيد من المعلومات أن تنتقل بوتيرة دقيقة بشكل تتحول (الميكروإلكترونيات) Microelectronics الى (نانو إلكترونية) Nanoelectronics.
تكنولوجيا النانو
وتكنولوجيا النانو NonoTechnology التي تطبق في مختبرات (آي بي أم) على مشروع سواقة (ميلليبيد) Millipede توفر أداة تخزين على المستوى النانو ميكانيكي Nano Mechanical Scale أصبح لها وقع غير عادي على نطاق الصناعات الكمبيوترية، فالمشروع المذكور يهدف إلى إنتاج أدوات تخزين بحجم أصغر من حجم البطاقة الرقمية الآمنة التي تعيد إلى الأذهان البطاقات الكمبيوترية القديمة المخرمة.

فالجهاز المصنع لتلك البطاقات يستعمل منظومة من المجسّمات الشبيهة بالأصابع لها أطراف حادة تحدث نتوءات بمقاس عدة نانومترات على فيلم مصنوع من البوليمير ملصق على سطح سيليكوني، ولتسجيل مقدار بت واحد على البطاقة يضغط بالمجس على الصفحة البلاستيكية أو البوليميرية ويسخن لدرجة حرارة تصل إلى 400 درجة مئوية لإذابة البلاستيك وترك حفرة تدوم مدة طويلة فيه.

ولقراءة المخزون يصار إلى ضغط طرف المجس على صفحة البوليمير نفسها ولكن يسخن المجس إلى 300 درجة فقط هذه المرة، وبهذه الحرارة لا يستطيع المجس أن يذوب الصفحة البوليميرية ولكنه يستطيع قياس معدلات نقص الحرارة. فسقوط طرف المجس في حفرة يجعله يفقد من حرارته بوقت أسرع مما لو كان يضغط على صفحة ملساء، ولمحو المخزون يصار إلى القيام بسلسلة من التمريرات السريعة تجعل البلاستيك يذوب ويغطي الحفر التي جرى إحداثها سابقا.

وجدير بالذكر أنه من الممكن، بحسب التجارب الفعلية، القيام بأكثر من 100 ألف عملية كتابة وإزالة بهذه الطريقة، وقد استطاعت النماذج التجريبية لبطاقات (ميلليبيد) أن تخزن بيانات وصلت بكثافتها إلى تريليون بت في البوصة المربعة الواحدة، أي بمعدل يفوق 20 مرة ما قد يستطيع استيعابه أي من أجهزة التخزين المغناطيسية، وسوف يطرح الإصدار الرسمي لهذا النوع من الأجهزة في العام 2005م.
__________________