طور فريق بحثي من مركز «يوليش» للأبحاث ومعهد «لايبنتس» للإلكترونيات الدقيقة في ألمانيا، سبيكة فريدة تجمع بين عناصر المجموعة الرابعة في الجدول الدوري، وهي الكربون (C)، والسيليكون (Si)، والجرمانيوم (Ge)، والقصدير (Sn)، وتساعد المادة الجديدة التي أُطلق عليها اسم «CSiGeSn حجر الزاوية» في تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية، وأنظمة الليزر، والرقاقات التي تحول الحرارة إلى طاقة كهربائية.

ووفقاً للباحثين، تتميز السبيكة الجديدة بتوافقها مع تقنيات تصنيع الرقائق الإلكترونية الحالية، كما تتيح التحكم الدقيق في الخصائص الإلكترونية والبصرية، ما يمهد الطريق لتصميم ليزرات تعمل في درجة حرارة الغرفة، وهو ما يبسّط عملية الإنتاج ويقلل من تكلفتها.

وقال الدكتور دان بوكا أحد مؤلفي الدراسة: «حققنا أخيراً الهدف طويل الأمد، وهو الحصول على أنصاف نواقل من عناصر المجموعة الرابعة في الجدول الدوري».

وأضاف: «سبق أن دمجنا الجرمانيوم والسيليكون والقصدير في أجهزة الإلكترونيات الضوئية مثل الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) وكواشف الضوء، لكن إضافة الكربون كانت تعتبر شبه مستحيلة بسبب صغر حجمه الذري وسلوكه غير التقليدي، وكانت هذه الإضافة محفوفة بمخاطر عالية نظراً لبنية روابط الكربون المتميزة، إلا أن نجاحها هو ما منح السبيكة القدرة على التحكم الدقيق في خاصية أساسية تعرف بـ«عتبة الطاقة»، التي تحدد كيفية توصيل المادة للتيار الكهربائي أو انبعاث الضوء منها».

وأشار الباحثون إلى أن المادة الجديدة «CSiGeSn» قادرة على استبدال السيليكون في الدوائر الإلكترونية الكمومية، ودمج الليزر والمكونات الضوئية مباشرة على الرقاقة الإلكترونية، وتحويل الحرارة إلى كهرباء في الأجهزة الصغيرة مثل الساعات الذكية والمستشعرات، وإتاحة التصنيع على نطاق واسع باستخدام معدات الإنتاج الحالية.

يذكر أن أنصاف النواقل تشكل الأساس الذي تقوم عليه الإلكترونيات الحديثة بالكامل، ولا يزال السيليكون هو العنصر الرئيسي في صناعة الرقاقات، إلا أن إمكاناته التقنية وصلت إلى حدودها القصوى، إذ يعاني من قصور في التعامل مع الفوتونيات (تقنيات الضوء) والأنظمة الكمومية.