توسط پسخ بنسون • ۲۴ مارس ۲۰۲۶
اورشلیم، ۲۴ مارس ۲۰۲۶ (TPS-IL) — تیمی از دانشمندان اسرائیلی و ژاپنی یک سوئیچ گرافنی ساختهاند که تقریباً به هیچ توانی نیاز ندارد. این کشف میتواند محاسبات را متحول کند، دستگاههای با مصرف انرژی فوقالعاده کم را ممکن سازد و فناوریهای آیندهنگرانه مانند پردازندههای نورومورفیک شبیه به مغز را به واقعیت نزدیکتر کند، دانشگاه تلآویو روز سهشنبه اعلام کرد.
این مطالعه که شامل پژوهشگرانی از مؤسسه ملی علوم مواد در تسوکوبا ژاپن بود، بر گرافن، یک لایه منفرد از اتمهای کربن که در حال حاضر به دلیل استحکام، نازکی و رسانایی فوقالعادهاش شناخته شده است، تمرکز داشت. با این حال، خواص آن بسته به نحوه چیدمان لایههای متعدد گرافن میتواند به طور چشمگیری تغییر کند. تا کنون، تغییر چیدمان لایهها به انرژی زیادی نیاز داشت و برای استفاده عملی بسیار پیچیده بود.
این تحقیق جدید بر این مشکل غلبه میکند. این تیم – به رهبری دکتر نیرمال روی و دکتر پنگوا یینگ، تحت نظارت پروفسور موشه بن-شالوم از دانشکده فیزیک و نجوم دانشگاه تلآویو – «جزایر» کوچکی از گرافن به عرض تنها دهها نانومتر ایجاد کرده است، جایی که لایهها در تماس مستقیم باقی میمانند در حالی که نواحی اطراف توسط یک لایه تقریباً بدون اصطکاک جدا شدهاند. این طراحی به یک لایه گرافن اجازه میدهد تا بر روی لایه دیگر بلغزد تا چیدمان لایهها را با استفاده از تقریباً هیچ انرژی تغییر دهد. در بسیاری از موارد، هنگامی که تغییر آغاز میشود، به خودی خود و بدون هیچ ورودی اضافی ادامه مییابد.
بنشالوم گفت: «این یک پیشرفت است که پتانسیل دگرگون کردن نحوه طراحی قطعات الکترونیکی در مقیاس نانومتر را دارد. به جای شکستن و بازسازی پیوندهای شیمیایی، ما به سادگی لایههای اتمی را بر روی یکدیگر میلغزانیم – یک فرآیند طبیعی که بسیار سریعتر و کارآمدتر است.»
این تیم همچنین کشف کرد که جزایر مجاور میتوانند به گونهای به هم متصل شوند که تغییری در یک جزیره باعث ایجاد تغییراتی در جزایر دیگر شود. این نوع «ارتباط» مکانیکی بین نواحی شبیه به نحوه تعامل نورونها در مغز است که میتواند توسعه کامپیوترهایی را که از عملکرد مغز تقلید میکنند، معروف به محاسبات نورومورفیک، ممکن سازد.
محاسبات نورومورفیک نوع جدیدی از طراحی کامپیوتر است که بیشتر شبیه مغز انسان کار میکند تا یک کامپیوتر سنتی. به جای پردازش وظایف گام به گام، از شبکههایی از «نورونهای» مصنوعی استفاده میکند که میتوانند به صورت موازی کار کنند، با اطلاعات جدید سازگار شوند و از تجربه بیاموزند. این امر آن را برای وظایفی مانند تشخیص تصاویر، درک گفتار یا کنترل رباتها بسیار کممصرفتر و سریعتر میکند.
روی توضیح داد: «توانایی طراحی تعاملات بین نواحی مختلف در یک ماده، نه تنها برای الکترونیک پیشرفته، بلکه برای سیستمهای محاسباتی الهام گرفته از مغز نیز امکانات جدیدی را باز میکند. ما در حال نزدیک شدن به تبدیل پدیدههای فیزیکی هستیم که زمانی صرفاً نظری بودند به فناوری کاربردی.»
پیامدها قابل توجه هستند. بنشالوم توضیح داد: «این روش ممکن است امکان ایجاد سیستمهای الکترونیکی هوشمند در مقیاس نانومتر را فراهم کند – سیستمهایی که انرژی کمتری مصرف میکنند، گرمای کمتری تولید میکنند و میتوانند عملیات پیچیدهای را به روشهایی انجام دهند که تا کنون صرفاً نظری به نظر میرسیدند.»
فراتر از محاسبات، سوئیچ گرافنی میتواند در حسگرهای مینیاتوری و نانودستگاههای هوشمند مورد استفاده قرار گیرد. حسگرهای کوچک و کممصرف میتوانند محیطها، شرایط پزشکی یا دستگاههای پوشیدنی را برای مدت طولانی بدون تخلیه انرژی پایش کنند. مکانیزم لغزش لایه حداقل گرما تولید میکند و آن را برای الکترونیک با سرعت بالا و سیستمهای فشرده که در آنها گرمای بیش از حد یک نگرانی است، ایدهآل میسازد. در بلندمدت، این رویکرد میتواند رباتهای خودکار میکرو، ایمپلنتهای پزشکی و دستگاههای هوشمند در مقیاس نانو را که وظایف پیچیدهای را انجام میدهند، ممکن سازد.
این مطالعه در مجله علمی معتبر Nature Nanotechnology منتشر شده است.
موضوعات مرتبط
