أطلقت روسيا تجربة علمية غير مسبوقة على متن محطة الفضاء الدولية لزراعة أشباه الموصلات في ظروف الفضاء، حيث يشكل الفراغ شبه المثالي وانعدام الجاذبية بيئة فريدة لإنتاج بلورات فائقة النقاء من أرسينيد الغاليوم، وهو من أهم المواد المستخدمة في صناعة الليزر والخلايا الشمسية والثنائيات الباعثة للضوء (LEDs).

جهاز «إكران-م» الفضائي

التجربة تجري بواسطة جهاز روسي مبتكر يدعى «إكران-م»، تم تطويره في معهد فيزياء أشباه الموصلات التابع لفرع سيبيريا للأكاديمية الروسية للعلوم بتكليف من شركة الفضاء «إينيرجيا». الهدف هو اختبار إمكانية إنتاج أشباه موصلات فائقة النقاء مباشرة في الفضاء.

التقنية المستخدمة

يتم تصنيع هذه المواد عبر طريقة الترسيب بالحزم الجزيئية (MBE)، حيث تُبنى البلورات من طبقات ذرية متناهية الدقة في فراغ نقي للغاية. على الأرض، يتطلب ذلك تجهيزات ضخمة وبيئات فائقة النظافة، أما في المدار، فإن الفضاء نفسه يوفر الظروف المثالية، مما يجعل العملية أكثر بساطة.

التحديات الهندسية

لتكييف الجهاز مع ظروف انعدام الجاذبية، أعاد المهندسون تصميم كل جزء تقريباً: من مسخّنات الركائز إلى المصادر الجزيئية. ففي الفضاء، لا تترسب المواد المنصهرة، بل تتحول إلى قطرات متطايرة. وتم حل هذه المعضلة باستخدام غشاء مجهري مثقّب بفتحات أدق من عُشر المليمتر، يسمح بمرور بخار المادة فقط ويمنع تطاير القطرات.

التجربة العملية

الخطوة الأولى تتمثل في زراعة أرسينيد الغاليوم، وهو مادة استراتيجية تدخل في صناعة الألواح الشمسية عالية الكفاءة، أنظمة الليزر، ومصابيح LED المتطورة، وسيجري الرواد دورتين من التجارب تستمر كل واحدة أسبوعين، وبعدها ستُعاد العينات إلى الأرض لمقارنتها مع تلك المزروعة في المختبرات الأرضية.

آفاق مستقبلية

الهدف الأول هو التحقق من مدى تفوق ظروف الفضاء في نمو بلورات نقية تماماً. وإذا أثبتت النتائج ذلك، فإنها قد تمهد الطريق لإنشاء مصانع فضائية لإنتاج أشباه الموصلات. هذه الخطوة قد توفر:

ألواح شمسية وسنسورات متطورة لمحطات الفضاء المستقبلية،

مواد إلكترونية فريدة لا يمكن إنتاجها في ظروف الأرض.

إنها تجربة تمثل قفزة نوعية في علم المواد وتقنيات الفضاء، وقد تعيد تشكيل مستقبل الطاقة والتكنولوجيا.