اكتشف علماء جامعة رايس أن التجاعيد المجهرية في المواد ثنائية الأبعاد يمكن أن تحقق تحكمًا دقيقًا في الدوران الذاتي الإلكتروني، مما يوفر طريقًا جديدًا لتطوير أجهزة إلكترونية أكثر إحكامًا وكفاءة في استهلاك الطاقة. تركز الدراسة على تقاطع هندسة الإجهاد في المواد ثنائية الأبعاد مع خصائص الإلكترونيات الدورانية.
تعتمد معظم الأجهزة الإلكترونية حاليًا على شحنة الإلكترونات لمعالجة المعلومات، بينما تحاول تقنية الإلكترونيات الدورانية استخدام خاصية الدوران الذاتي للإلكترونات (لأعلى أو لأسفل) لترميز المعلومات. من المتوقع أن تخترق هذه التقنية عنق الزجاجة في كفاءة الطاقة للتكنولوجيا القائمة على السيليكون الحالية، مما يقلل من استهلاك الطاقة في أجهزة الحوسبة. ومع ذلك، يُعد تدهور معلومات الدوران الذاتي في المواد بسبب تشتت الإلكترونات التحدي الرئيسي لتطوير التقنية.
في الدراسة الأحدث المنشورة في مجلة Matter، اكتشف فريق جامعة رايس أن مواد ثنائية الأبعاد مثل ثنائي تلوريد الموليبدينوم تُنتج هيكل الدوران الذاتي الخاص يُدعى حلزون الدوران الذاتيي المستمر (PSH) عند تكوين التجاعيد. يمكن لهذا الهيكل الحفاظ على حالة الدوران الذاتي بفعالية، حتى في وجود تشتت الإلكترونات، دون فقدان المعلومات بسهولة. قال المؤلف الأول للدراسة Sunny Gupta: "في المواد ذات حالة PSH، تظل حالة الدوران الذاتي دون تغيير. هذه المواد نادرة جدًا في الطبيعة وصعبة التحضير."
اقترح فريق البحث بقيادة عالم المواد Boris Yakobson فرضية نظرية: عدم تجانس الإجهاد الناتج عن تجاعيد المواد ثنائية الأبعاد يؤدي إلى تأثير استقطاب انثنائي كهربائي، مما يولد حقلًا كهربائيًا داخليًا. كلما زاد الانحناء، زاد تفاعل الدوران الذاتي مع المدار. في مناطق الانحناء العالي جدًا، يظهر الدوران الذاتي نسيجًا حلزونيًا منتظمًا، ويكمل انقلاب الدوران الذاتي ضمن مقياس حوالي 1 نانومتر. أشار Gupta: "أكدنا أن تجاعيد ثنائي تلوريد الموليبدينوم على شكل مشبك شعر يمكن أن تحقق طول تقدم الدوران الذاتي يبلغ حوالي 1 نانومتر، وهو أقصر سجل تم الإبلاغ عنه حتى الآن." يساعد طول التقدم الأقصر في تصميم أجهزة إلكترونيات الدوران الذاتي أكثر إحكامًا.
أظهرت الدراسة جدوى التحكم في السلوك الكمي من خلال هندسة الإجهاد في المواد ثنائية الأبعاد. قال Yakobson: "يمكن للتشوه الميكانيكي في المواد ثنائية الأبعاد أن يولد توزيعًا فريدًا للحقول، مما يحفز تكوين نسيج الدوران الذاتي الخاص." أضاف Gupta: "يفتح الجمع بين التشوه الهندسي والتأثيرات الكمية بُعد تصميم جديد للإلكترونيات الدورانية."
