أعلن علماء ألمان عن تطوير مادة جديدة تُعدّ الأولى من نوعها، تُركّب من أربعة عناصر من المجموعة الرابعة في الجدول الدوري: الكربون (C)، السيليكون (Si)، الجرمانيوم (Ge)، والقصدير (Sn).
تم تطوير هذه السبيكة شبه الموصلة الثابتة، والتي يُشار إليها بالرمز CSiGeSn، في مركز "فورشونغس تسنتروم يوليش" (FZJ) بالتعاون مع معهد لايبنيز للإلكترونيات الدقيقة المبتكرة (IHP)، ويُعد هذا الابتكار خطوة كبيرة نحو الوصول إلى "الموصل شبه الكامل" ضمن عناصر المجموعة الرابعة.
توافق تام مع تقنيات تصنيع الرقائق التقليدية
تمتاز المادة الجديدة بتوافقها الكامل مع عمليات تصنيع الرقائق المعتمدة على تقنية CMOS، مما يُتيح دمجها مباشرة في خطوط الإنتاج دون الحاجة إلى تغييرات جذرية، وصرّح الدكتور دان بوشا من مركز FZJ قائلاً:
"لقد حققنا هدفا طال انتظاره: أشباه موصلات مثالية من عناصر المجموعة الرابعة."
خصائص إلكترونية وبصرية متقدمة
بينما يُعد السيليكون حجر الأساس في صناعة الشرائح منذ عقود، إلا أن له حدودا عند دمج المكونات الضوئية أو الكمومية ، وهنا تبرز أهمية المادة الجديدة، حيث تتيح ضبطًا دقيقًا للخصائص الإلكترونية والبصرية يتجاوز ما هو ممكن باستخدام السيليكون النقي.
وقد أشار الباحثون إلى أن إدخال الكربون في مصفوفة السيليكون والجرمانيوم والقصدير يسمح بالتحكم الدقيق في فجوة الطاقة (Band Gap)، وهي خاصية حاسمة في تحديد سلوك المادة في نقل الكهرباء والضوء.
من المستحيل إلى الممكن: إدماج الكربون
لطالما اعتُبر دمج الكربون مع السيليكون والجرمانيوم والقصدير أمرًا شبه مستحيل، بسبب صغر حجمه الذري وسلوك روابطه المختلف، مقارنة بعنصر كالقصدير، إلا أن استخدام نظام ترسيب الأبخرة الكيميائية (CVD) المتطور من شركة AIXTRON الألمانية، وهو نفس النظام المستخدم في تصنيع الرقائق، مكن الباحثين من دمج العناصر الأربعة في مادة متجانسة وثابتة.
تطبيقات واعدة: ليزر حراري ومكونات كمومية
تفتح هذه المادة آفاقا جديدة أمام تطوير تقنيات مثل:
الليزر العامل في درجة حرارة الغرفة
المولدات الحرارية الكهربائية عالية الكفاءة، لتحويل الحرارة إلى طاقة كهربائية في الأجهزة القابلة للارتداء
المكونات الكمومية، المستخدمة في الحوسبة المستقبلية
وصرّح الباحثون أنهم نجحوا في تصنيع أول صمام ضوئي باعث للضوء (LED) باستخدام بنية كمومية مصنوعة بالكامل من هذه المادة، مما يُعدّ دليلا عمليا على إمكاناتها الفائقة.
خطوة نحو تكنولوجيا ضوئية وكمومية قابلة للتوسع
واختتم البروفيسور جيوفاني كابيليني من معهد IHP، وهو أحد مؤلفي الدراسة، بقوله: "تتميز هذه المادة بمزيج فريد من الخصائص البصرية القابلة للضبط والتوافق الكامل مع السيليكون، مما يُمهّد لتطوير مكونات ضوئية، حرارية، وكمومية قابلة للتوسع في المستقبل."
