يقوم علماء طوكيو بتصنيع أنابيب نانوية شبه موصلة بحجم 1 نانومتر لاستخدامها في الإلكترونيات المستقبلية
نجح باحثون من جامعة طوكيو في تصنيع بعض أصغر الأنابيب النانوية شبه الموصلة في العالم، حيث يبلغ قطرها 1 نانومتر فقط (حوالي 100 ألف مرة أرق من شعرة الإنسان). قام الفريق بتصنيع أنابيب نانوية شبه موصلة موحدة للغاية، بعرض 1 نانومتر، عن طريق زراعة ثاني كبريتيد الموليبدينوم داخل أنابيب نيتريد البورون الواقية. وفي نهاية المطاف، توفر هذه البنية المحورية الخالية من العيوب مسارًا جديدًا موثوقًا به لتصنيع الأجهزة الإلكترونية المصغرة للغاية من الجيل التالي. وقال البروفيسور المشارك يوسوكي ناكانيشي من قسم علوم المواد المتقدمة بجامعة طوكيو: “يوضح بحثنا طريقة للتحكم الهيكلي للأنابيب النانوية شبه الموصلة غير العضوية على المستوى الذري”. وأضاف ناكانيشي: “لقد أثبتنا تجريبيًا أن فجوة النطاق (المتعلقة بكيفية عمل المواد كأشباه الموصلات) للأنابيب النانوية تتناقص عندما تصبح أقطارها أصغر، وذلك بما يتفق مع التنبؤات النظرية المقترحة منذ أكثر من ربع قرن”. المزايا الهيكلية لمواد الأنابيب النانوية الرقيقة. الائتمان: ©2026 ناكانيشي وآخرون. ما وراء الكربون لفترة طويلة، تم الإعلان عن أنابيب الكربون النانوية باعتبارها مستقبل الحوسبة بلا منازع. لكن هذه بها عيب محبط وغير متوقع. يمكن للالتواء المجهري في أنبوب الكربون النانوي أن يغير شخصيته تمامًا، ويحول بشكل عشوائي شبه موصل موثوق إلى موصل معدني فوضوي. وهذا النوع من التقلب يقضي تمامًا على أي فرصة لإنتاج معالجات حاسوبية موثوقة بكميات كبيرة. قام الفريق الياباني بحل هذه المشكلة عن طريق التخلص من الكربون النقي واستبداله بمركب يسمى ثاني كبريتيد الموليبدينوم. ظهرت الأنابيب النانوية ثاني كبريتيد الموليبدينوم كبديل جديد قوي لأنابيب الكربون النانوية، مما يوفر مزايا مادية متميزة تجذب انتباه المهندسين. وعلى الرغم من أنها لا تزال تجريبية، إلا أن هذه الهياكل تمتلك خصائص موثوقة تجعلها واعدة للغاية للتطبيقات المستقبلية. وعلى وجه التحديد، تفتح هذه الأنابيب النانوية أبوابًا جديدة في تطوير إلكترونيات أشباه الموصلات المتقدمة، وأجهزة الاستشعار عالية الدقة، وأبحاث الفيزياء على المستوى الكمي. ومع ذلك، فإن طرق التصنيع التقليدية تنتج عادةً أنابيب نانوية غير منتظمة ومتعددة الجدران يزيد حجمها عن 10 نانومتر. في هذا التطور الجديد، نجح الفريق في تصنيع أنابيب نانوية أحادية الجدار من ثاني كبريتيد الموليبدينوم بعرض 1 نانومتر فقط. تم تحقيق هذه الدقة من خلال إثارة تفاعلات كيميائية ضمن الحدود الضيقة للأنابيب النانوية من نيتريد البورون. على وجه الخصوص، تقيد البيئة الخارجية الواقية الهياكل المتنامية بترتيبات ذرية موحدة ومحددة جيدًا، والتي تعتبر ضرورية للتطبيقات الهندسية المتقدمة. تتغلب الطريقة المبتكرة على عدم الاستقرار الهيكلي الذي عادة ما يمنع تكوين مثل هذه الأنابيب النانوية الصغيرة جدًا. يقول ناكانيشي: “في الأنابيب النانوية، حتى الاختلافات الهيكلية الصغيرة يمكن أن تؤثر بقوة على خصائصها. إذا كان من الممكن التحكم في البنية بدقة، فإن الخصائص تكون أكثر اتساقًا، وهو أمر ضروري لأداء الترانزستور الموثوق والقابل للتكرار. أكبر ميزة لها هي التحكم الهيكلي على المستوى الذري”. طريق طويل لنقطعه كما أنه يحسم جدلاً علميًا عمره 25 عامًا. باستخدام هذه الأنابيب التي يبلغ قطرها 1 نانومتر، أثبت الفريق تجريبيًا تنبؤًا نظريًا عمره ربع قرن. عندما تصبح هذه المواد المحددة أصغر، فإن فجوة نطاقها – حاجز الطاقة الذي يسمح لأشباه الموصلات بالتشغيل والإيقاف – تتضاءل فعليًا. على الرغم من أن التطبيقات العملية لا تزال بعيدة عدة سنوات، إلا أن فريق البحث يعمل على التغلب على العقبات الهندسية الرئيسية، مثل زيادة أطوال الأنابيب النانوية من بضع مئات من النانومتر إلى ميكرومتر واحد على الأقل لجعل الترانزستورات العاملة قابلة للحياة. يمكن استخدام طريقة التعشيش هذه في النهاية لتصنيع فئات جديدة تمامًا من الأنابيب النانوية غير العضوية، بما في ذلك المواد المغناطيسية وفائقة التوصيل. وفي المستقبل، سيؤدي هذا الإنجاز إلى توسيع نطاق علوم الأنابيب النانوية إلى ما هو أبعد من الأنظمة القائمة على الكربون. ويمكن أن يؤدي إلى إنتاج مواد دقيقة للغاية يتم التحكم فيها ذريًا، ومصممة خصيصًا للبحث المتقدم، والاستشعار عالي الدقة، وأجهزة إلكترونية أصغر حجمًا وأسرع. ونُشرت الدراسة في مجلة Science في 4 يونيو.
تم النشر: 2026-06-04 19:00:00
