فريق من معهد KAIST الكوري يطور بنية جديدة لأشباه الموصلات تثبت تدفق الشحنات دون انقطاع

أخبار ar.wedoany.com، طور فريق بحثي من المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا (KAIST) بنية جديدة قادرة على حل "عنق الزجاجة الكهربائي" في أشباه الموصلات، وأثبت لأول مرة بشكل مباشر إمكانية تدفق الشحنات الكهربائية بشكل مستمر ودون انقطاع. قاد هذا الإنجاز البروفيسور سيونغ بوم هونغ (Seungbum Hong) من قسم علوم وهندسة المواد، بالتعاون مع البروفيسور كيبوم كانغ (Kibum Kang) من نفس القسم وفريق البروفيسور سونغ بيوم تشو (Sung Beom Cho) من جامعة سونغكيونكوان. ومن المتوقع أن تصبح هذه النتائج تقنية رئيسية لتحسين أداء وكفاءة الطاقة في الأجهزة المستقبلية مثل أشباه الموصلات الخاصة بالذكاء الاصطناعي وأشباه الموصلات فائقة الانخفاض في استهلاك الطاقة.

في أشباه الموصلات، تؤدي مقاومة التلامس الناشئة عند الواجهة بين القطب المعدني وأشباه الموصلات إلى تقليل الأداء وزيادة استهلاك الطاقة. ومع استمرار التصغير المستمر لأشباه الموصلات، يصبح تأثير مقاومة التلامس أكبر، مما يجعلها واحدة من أكثر العقبات التقنية تحدياً في تطوير الجيل التالي من أشباه الموصلات. على عكس الطريقة التقليدية التي تضع الأقطاب المعدنية فوق أشباه الموصلات، قام الفريق البحثي بتشكيل متواصل لمنطقة شبه معدنية (semimetal region) ومنطقة شبه موصلة (semiconductor region) داخل مادة ثنائية الأبعاد واحدة، مما أدى إلى إنشاء بنية أحادية (monolithic structure) حيث يتصل الاثنان بشكل طبيعي داخل المادة نفسها. أثبت الفريق لأول مرة أن التيار الكهربائي يمكنه التدفق عبر الحدود دون عوائق.

بشكل أكثر تحديداً، حقق الفريق تشكيلاً متواصلاً للمنطقة شبه المعدنية والمنطقة شبه الموصلة في طبقة رقيقة من مادة ثنائية الأبعاد وهي ثنائي سيلينيد البلاتين (PtSe₂) بسماكة ذرية. باستخدام مجهر القوة الذرية (AFM) لتصوير نقل الشحنات داخل الطبقة الرقيقة على مقياس النانو بشكل مباشر، أثبت الفريق لأول مرة أنه عندما يتدفق التيار من المنطقة شبه المعدنية إلى المنطقة شبه الموصلة، يكون التدفق طبيعياً ومستمراً، دون وجود "عنق زجاجة كهربائي" مثل انسداد مسار التيار أو انحنائه. هذه هي أول تجربة تثبت أن الواجهة الأحادية لا تعيق تدفق التيار الكهربائي.

علاوة على ذلك، تحقق الفريق من تشغيل الجهاز من خلال تطبيق مجال كهربائي على المنطقة شبه الموصلة، مما أثبت إمكانية التحكم المستقر في تدفق التيار في بنية الوصلة المعدنية-شبه الموصلة، مما يظهر إمكانات هذه البنية في أجهزة الإلكترونيات من الجيل التالي. يقدم هذا البحث تقنية مصدرية يمكنها تقليل مقاومة التلامس بشكل كبير في أجهزة أشباه الموصلات من الجيل التالي القائمة على المواد ثنائية الأبعاد، ومن المتوقع أن تُطبق على نطاق واسع في مجالات مثل أشباه الموصلات الخاصة بالذكاء الاصطناعي، وأشباه الموصلات فائقة الانخفاض في استهلاك الطاقة، وأشباه الموصلات المنطقية من الجيل التالي.

المؤلفان الأولان المشاركان في هذا البحث هما طالب الدكتوراه يونغيو كيم (Yeongyu Kim) والدكتور مينسونغ غيون (Minseung Gyeon) من قسم علوم وهندسة المواد في KAIST، بالإضافة إلى طالب الدكتوراه جي هون هونغ (Ji Hoon Hong) من جامعة سونغكيونكوان. نُشرت نتائج البحث في عدد يوليو 2026 من مجلة "Matter" الدولية المتخصصة في علوم المواد. حظي البحث بدعم من وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات الكورية ومؤسسة الأبحاث الوطنية من خلال "برنامج أبحاث STEAM" و"برنامج تطوير تكنولوجيا المواد النانوية".