طور الباحثون درع حراري للإلكترونيات بسماكة تبلغ 10 ذرات فقط، وهو درع يملك المقدرة على جعل أدواتنا أكثر أمانًا للاستخدام وأن يجعلها مدمجة أكثر في المستقبل. تشكل الحرارة والإلكترونيات مزيجًا سيئًا، وهذا هو السبب في أنك قد تجد حاسوبك المحمول منطفئًا إذا كنت تستخدمه تحت أشعة الشمس على الشاطئ، وهو السبب ذاته الذي اضطرت سامسونج – Samsung إلى استرداد هاتفها Galaxy Note 2016 بسبب مشكلة الحرارة الزائدة في البطارية.
وهو أيضًا السبب في أن كل حاسوب محمول وهاتف وأي جهاز إلكتروني آخر تستخدمه يأتي مع آليات تبريد مدمجة؛ ولكن هذه الآليات يمكن أن تضيف حجمًا كبيرًا. هنا يكمن دور هذه المادة الجديدة، كما يقول الباحثون إنها تعمل على مستوى النانو.
يقول المهندس الكهربائي إريك بوب – Eric Pop من جامعة ستانفورد – Stanford University في كاليفورنيا – California: «نحن ننظر إلى الحرارة في الأجهزة الإلكترونية بطريقة جديدة كليًا».
جزء من هذه «الطريقة الجديدة» هو اعتبار الحرارة صوتًا. تتصادم سيول الإلكترونات التي تنتج الكهرباء مع الذرات في المواد التي تمر من خلالها، ما يخلق مقدارًا كبيرًا من الاهتزازات المصغرة. نشعر بها كحرارة، لكنها أيضًا نشاز صوتي، بترددات عالية جدًا لا يمكن للأذن البشرية التقاطها.
واستعار الفريق أيضًا خدعة منزلية؛ إذ تستخدم النوافذ طبقتين من الزجاج بدلاً من واحدة لخفت الصوت ومنع تدفق الحرارة. تستخدم فكرة تعدد الطبقات ذاتها في الدرع الحراري الجديد ذي الذرات العشر.
يقول المهندس الكهربائي سام فازيري – Sam Vaziri من جامعة ستانفورد: «لقد كيّفنا هذه الفكرة عن طريق إنشاء درع حراري يستخدم طبقات متعددة من المواد الرقيقة ذريًا بدلاً من كتلة سميكة من الزجاج».
كان العلماء يعملون بمواد ذات سماكة تبلغ ذرات قليلة على مدار الخمسة عشر عامًا المنصرمة. في هذه الدراسة، استخدمت المواد: الجرافين، وديسيلينايد الموليبدينوم – molybdenum diselenide، وثاني كبريتيد الموليبدينوم، وديسيلينايد التنغستن – tungsten diselenide لبناء لفافة ذات أربع طبقات بقياس 10 ذرات فقط من أعلى إلى أسفل وهي أرق بحوالي 50000 مرة من صفحة ورقية.
بنفس الطريقة التي قد تهدئ بها طبقات الزجاج الصوت من استوديو التسجيل، يمكن لهذه الطبقات أن تهدئ الاهتزازات الإلكترونية التي تتجلى بهيئة حرارة. تعني الثغرات أن هناك طاقة مفقودة، رغم أنها رقيقة جدًا، والنتيجة النهائية هي طبقة مبردة تشغل مساحة مجهرية.
ما يزال هناك الكثير من العمل الذي يجب القيام به قبل أن يُطبق هذا النهج على الأدوات التي نستخدمها كل يوم، ويبحث الباحثون الآن عن طرق يمكن بها تنفيذ طبقات الحماية الخاصة بهم على المكونات الإلكترونية أثناء عملية التصنيع.
في النهاية، يقول الفريق إنه قد تكون هناك إمكانية للتحكم في الطاقة الاهتزازية داخل المواد بنفس الطريقة التي يمكن بها التعامل مع الكهرباء والضوء، عند أصغر المقاييس الممكنة.
يقول بوب: «بصفتنا مهندسين، فنحن نعرف الكثير عن كيفية التحكم بالكهرباء، ونتحسن فيما يتعلق بالضوء، لكننا بدأنا فقط بفهم كيفية التعامل مع الصوت عالي التردد الذي يتجلى بهيئة حرارة على المقياس الذري».
نشر هذا البحث في مجلة Science Advances.
اقرأ أيضًا:
لهذا السبب صنع إيلون ماسك مركبته الفضائية شديدة اللمعان من الفولاذ المقاوم للصدأ
ترجمة: رولان جعفر
تدقيق: جعفر الجزيري
مراجعة: نغم رابي
