السبت 18 يوليو 2026
ابتكار أغشية إلكترونية فاخرة بسمك 10 نانومتر يفتح آفاق أجهزة الرؤية الليلية
تصنيع أغشية إلكترونية نانوية من معهد MIT يحدث طفرة في تقنية الحساسات الحرارية
تصنيع أغشية إلكترونية نانوية من معهد MIT يحدث طفرة في تقنية الحساسات الحرارية
طوّر باحثو معهد MIT تقنية مبتكرة لصناعة أغشية إلكترونية بسمك 10 نانومتر، تتيح إنشاء حساسات عالية الحساسية دون تبريد، ما يعزز أداء أجهزة الرؤية الليلية والقيادة الذاتية. تعتمد الطريقة على خاصية فريدة في مادة PMN-PTتتيح نزع الأغشية بسهولة ودمجها ضمن أنظمة دقيقة وخفيفة الوزن، مع تطبيقات واعدة في البيئة، الفضاء، والتقنيات القابلة للارتداء.
معهد MIT يكشف عن تقنية جديدة لإنتاج أغشية إلكترونية بسمك 10 نانومتر
في دراسة علمية حديثة نُشرت في مجلة Nature، نجح باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في ابتكار طريقة ثورية لزراعة ونزع أغشية إلكترونية فائقة الرقة من المواد شبه الموصلة. تمثل هذه التقنية الجديدة في تصنيع الأغشية الإلكترونية فائقة الرقة قفزة نوعية نحو جيل مبتكر من الأجهزة الإلكترونية، بما في ذلك الحساسات الحرارية الدقيقة، الترانزستورات المرنة، الحوسبة المصغرة، وأجهزة التصوير عالية الحساسية.
تصنيع أول غشاء حراري كهربائي بسمك قياسي 10 نانومتر
كخطوة لإثبات فعالية التقنية الجديدة، استطاع الفريق إنتاج غشاء فائق الرقة من مادة حرارية كهربائية، وهي مواد تتفاعل مع التغيرات الحرارية بإنتاج تيار كهربائي. كلما قل سمك الغشاء، ازدادت حساسيته للحرارة. وقد نجح الباحثون في تصنيع أنحف غشاء حراري كهربائي حتى الآن بسماكة لا تتجاوز 10 نانومترات، قادر على الاستجابة الدقيقة لتغيرات الحرارة والإشعاع عبر طيف الأشعة تحت الحمراء البعيدة.
تطبيقات رائدة: مستقبل أجهزة الرؤية الليلية والقيادة الذاتية
يفتح هذا الابتكار الباب أمام تصنيع أجهزة استشعار بالأشعة تحت الحمراء أكثر خفة ومرونة ودقة، يمكن استخدامها في نظارات الرؤية الليلية وفي أنظمة السيارات ذاتية القيادة. بخلاف الأنظمة الحالية التي تعتمد على تبريد النيتروجين السائل المكلف والثقيل، توفر الأغشية الرقيقة الجديدة استشعارًا عالي الحساسية دون الحاجة إلى تبريد، مما يقلل بشكل كبير الوزن والحجم، مع الحفاظ على الأداء الفائق.
بحسب تصريحات شينيان زانغ، طالب الدراسات العليا بمعهد MIT، فإن الأغشية الإلكترونية الجديدة "تقلل بشكل كبير من الوزن والتكلفة، مما يجعل من الممكن دمجها مباشرة في النظارات والأجهزة القابلة للارتداء بسهولة تامة".
إمكانيات إضافية: من حماية البيئة إلى استكشاف الفضاء
لا تقتصر فوائد تقنية تصنيع الأغشية الإلكترونية فائقة الرقة على التطبيقات البصرية، بل تمتد لتشمل أجهزة الاستشعار البيئية والطبية، فضلاً عن استخدامها في الرصد الفلكي، عبر تصوير الظواهر التي تبعث إشعاعات بالأشعة تحت الحمراء البعيدة. كما تفتح التقنية المجال لرصد انبعاثات الغازات الضارة، وتحسين مراقبة المعالجات الإلكترونية للكشف المبكر عن الأعطال الحرارية.
طريقة "الإزالة السهلة": اكتشاف دور ذرات الرصاص في البناء البلوري
اعتمد الباحثون على تقنية "الترسيب عن بُعد" (Remote Epitaxy)، حيث يتم نمو الأغشية على ركائز بلورية باستخدام طبقة رقيقة من الغرافين لتسهيل الانفصال. المفاجأة كانت مع مادة PMN-PT، وهي مادة حرارية كهربائية تمكن الفريق من نزع أغشيتها دون الحاجة إلى وسيط الغرافين، بفضل انتظام ذرات الرصاص في تركيبها البلوري، والتي عملت كعامل "فصل طبيعي" منع الالتصاق بالركيزة.
تعاون الفريق مع باحثين من جامعة ويسكونسن ماديسون ومعهد رينسيلار بوليتكنيك لدراسة هذه الظاهرة، مما أتاح لهم فهم أعمق لكيفية تصنيع أغشية عالية الجودة بسهولة غير مسبوقة.
تصنيع مصفوفة حساسات حرارية فائقة الأداء
استغل الباحثون هذه الخاصية الفريدة لإنشاء عدة أغشية رقيقة من مادة PMN-PT، ونقلها إلى شريحة إلكترونية صغيرة مكونة من 100 وحدة استشعار حراري. تم اختبار أداء هذه المصفوفة تحت تغيرات حرارية دقيقة، وأظهرت الحساسات حساسية عالية للطيف الكامل للأشعة تحت الحمراء البعيدة، متفوقة على كثير من الأجهزة التقليدية.
أداء يفوق أجهزة الرؤية الليلية التقليدية
برهنت الاختبارات أن حساسية هذه الأغشية تضاهي أو حتى تتفوق على الأجهزة الفوتونية المستخدمة حاليًا في نظارات الرؤية الليلية، والتي تتطلب تبريدًا شديدًا. توفر الأغشية الإلكترونية الجديدة أداءً عاليًا دون الحاجة للتبريد، مما يسمح بتطوير أجهزة خفيفة الوزن وعالية الكفاءة، مناسبة لمختلف التطبيقات العسكرية والمدنية. علاوة على ذلك، تتميز الأغشية الجديدة بقدرتها على التقاط طيف أوسع من الأشعة تحت الحمراء، مما يجعلها مثالية للاستخدام في بيئات متنوعة، من العمليات العسكرية إلى مراقبة التغيرات البيئية الدقيقة.
رؤى مستقبلية: نحو استخدام أوسع للأغشية الرقيقة
يطمح الفريق إلى توسيع استخدام تقنية النزع الجديدة لتشمل مواد إضافية لا تحتوي على الرصاص، عبر تعديل تكوين الركائز لخلق تأثيرات فصل مماثلة. كما يعمل الباحثون على دمج الأغشية الإلكترونية فائقة الرقة ضمن أنظمة رؤية ليلية كاملة، مع اختبارات مكثفة لضمان أدائها في بيئات قاسية وظروف متنوعة. وفي ختام تصريحاته، قال شينيان زانغ: "نحن متحمسون لإمكانية تطوير نظارات رؤية ليلية خفيفة الوزن وذات حساسية عالية، عبر دمج أغشيتنا الرقيقة مع دوائر القراءة الإلكترونية المتطورة، ونتطلع إلى اختبار أدائها ميدانيًا في ظروف حقيقية قريبًا."
