تكنولوجيا النانو
This document was uploaded by user and they confirmed that they have the permission to share it. If you are author or own the copyright of this book, please report to us by using this DMCA report form. Report DMCA
Overview
Download & View تكنولوجيا النانو as PDF for free.
More details
- Words: 1,594
- Pages: 4
النانو تكنولوجٌا ..أعجوبة العالم الجدٌدة دارات ضوئ ٌّة بدل الكهربائ ٌّة و«آي بً أم» تستعد لتطوٌر اول «حاسب ضوئً »
التكنولوجٌا الحدٌثة المسماة نانو تكنولوج Nanotechnologyقد ٌعرفها بعض الناس .وقد ٌجهلها البعض اآلخر ،وقد ٌخاف منها اآلخرون .والنانو تكنولوجً او تقنٌات النانو ،هً مجموعة من األدوات والتقن ٌّات والتطبٌقات التً تتعلّق بتصنٌع بنٌة مع ٌّنة وتركٌبها باستخدام مقاٌٌس فً غاٌة الصغر .ومن الخطأ فعل ما ٌفعله الكثٌرون عند سماعهم بهذه التقن ٌّة ،إذ أ ّنهم ٌبتعدون عن معرفة المزٌد عنها ،خوفا من عدم فهمهم أو لصعوبة تخ ٌّلهم لهذه التقنٌة ،ولك ّنها بسٌطة جدّ ا ،وشئنا أم أبٌنا، ستكون تطبٌقات هذه التكنولوجٌا فً محور حٌاتنا الٌوم ٌّة خالل بضع سنٌن .شركة آي بً إم Business Machines IBM Internationalتعلم ذلك ،ولهذا تصب ُجلّ جهودها لتطوٌر هذه التكنولوجٌا فً مجال تقن ٌّة المعلومات .ومن إنجازات ّ الذرات وتسجٌلها باستخدام رؤوس أقراص آي بً إم فً هذا المجال ،مجهر لتصوٌر ّ صلبة على مستوى النانو .وتطلعاتها إلى المستقبل أكبر بكثٌر من حجم هذه الذرات أو الجزٌئات لتطوٌر التكنولوجٌا ،فهً تطمح لتطوٌر بنٌة مع ٌّنة على مستوى ّ ذرات تقن ٌّات المعلومات .وٌمكن باستخدام هذه التقنٌة أن ٌت ّم «تفصٌل» مر ّكبات من ّ مع ٌّنة انتقائ ٌّا بالٌد .وسٌصبح باإلمكان تكوٌن مر ّكبات بأي مواصفات ٌرٌدها الشخص ،أو إٌجاد مر ّكبات بمواصفات لٌست موجودة فً الطبٌعة ،وبكلّ المقاٌٌس الذري إلى مستوى ناطحات السحاب ،وبالتالً إٌجاد عمل ٌّات تصنٌع ٌّة من المستوى ّ زهٌدة الثمن وعالٌة األداء ،مما سٌم ّهد األساس لمستقبل مزدهر لتقن ٌّة المعلمومات. النانو وتطبٌقاته :النانو هو واحد من ملٌار من المتر ،أو 10-9من المتر .وٌصف توماس كٌنً Thomas Kennyمن جامعة ستانفورد حجم النانو بأمثلة كثٌرة، مثل كونه بنفس عرض الحمض النووي منقوص األوكسجٌن DNAأو بحجم عشر نمو ظفر اإلنسان فً ثانٌة واحدة ،أو ارتفاع قطرة ماء بعد ذرات هٌروجٌن ،أو معدّ ل ّ ّ بسطها كل ٌّا على سطح مساحته متر مر ّبع واحد ،أو واحد على عشرة من سماكة
الملونة على ّ النظارات الشمس ٌّة .والجدٌر بالذكر أنّ عرض أصغر مر ّكب فً الطبقة ّ معالج البنتٌوم Pentiumهو 100نانومتر. الحجم له اعتبار فً عالم الحاسب اآللً واإللكترون ٌّات ،فالحاسب الخارق الٌوم مجرد ساعة ٌد الموجود فً مراكز األبحاث والتطوٌر أو فً الجامعات الكبٌرة سٌكون ّ فً المستقبل القرٌب .والمبانً واآلالت ستستطٌع إرسال إشارات السلك ٌّة عندما تحتاج إلى صٌانة ،أو قد تستطٌع إصالح نفسها .اما ثٌابنا فستأخذ بٌانات عن صحتنا ّ أي مساعدة مضرة وتنبهنا لعوامل بٌئ ٌّة وستنظف نفسها من األوساخ والروائح دون ّ ّ وستقوم بتدفئة أو تبرٌد الجسم حسب درجة الحرارة الخارج ٌّة .وسٌمكن صناعة غرفة عملٌّات كاملة فً كبسولة (عبوة) صغٌرةٌ ،ت ّم وضعها داخل جسم المرٌض لتقوم بتنفٌذ برنامج العمل ٌّة الذي برمجه الطبٌب فٌها حسب حالة المرٌض (من الممكن جدّ ا أن ٌحتاج الخ ٌّاط أو المهندس أو الطبٌب ألخذ دروس فً برمجة هذه التقن ٌّات) .مجاالت ال ُتعدّ وال ُتحصى تدخل فٌها النانوتكنولوجٌا ،وستغ ٌّر حٌاتنا المرات التً استطاع فٌها اإلنسان تغٌٌر حٌاته منذ بدء الزمان عشرات األلوف من ّ مجرد العلمً خصوبة اآلن، وح ّتى ٌومنا هذا .وسٌصبح محتوى أكثر أفالم الخٌال ّ ّ تخ ٌّالت بسٌطة لطفل صغٌر. ابداعات «آي بً إم» :شركة آي بً إم استطاعت إٌجاد طرٌقة الستخدام طرق التجاري المستخدمة اآلن فً صنع أنظمة تح ّكم فً مجموعات من أسالك التصنٌع ّ التطور الذي تأمل الشركة أن ٌؤدي إلى إٌجاد شرائح ذاكرة للحاسب صغٌرة ،وهو ّ اآللً ذات كثافة تبلغ أربعة أضعاف الكثافة الحال ٌّة. ّ ومع أنّ كثافة الذاكرة تزداد اآلن ،إال أ ّنها تزداد بمقدار ثابت ( ّ خط ًّ) ،وهذه التقن ٌّة الجدٌدة ستسمح بالقفز تقن ٌّا إلى األمام بعشرات السنٌن فً لحظة واحدة ،وستقلّص تتكون من إٌجاد نمط لنظام تح ّكم من تكالٌف التصنٌع بشكل كبٌر جدّ ا .التقنٌة هذه ّ ٌتكون من ثالثة عناصرٌ ،وضع أحدها على نهاٌة مجموعة من األسالك المتوازٌة ّ وٌقوم بإمداد اإللكترونٌات ،والعنصران المتبقٌان ٌوضعان على جانبً المجموعة، وٌقومان معا بتكوٌن مجاالت كهربائ ٌّة عبر مجموعة األسالك انتقائ ٌّا ،وٌمكنهما إٌقاف الت ٌّار فً كلّ األسالك ،عدا سلك واحد مختار .ومجموعة األسالك التً تتكون من أربعة أسالك ،ولكنّ المبدأ نفسه استطاعت آي بً إم استخدامها إلى اآلن ّ ٌمكن تطبٌقه على ثمانٌة أسالك .ووجود القدرة على انتقاء سلك مع ٌّن تعنً أ ّنه من والرئٌسً فً الممكن إٌجاد عناوٌن محدّ دة لإلشارات الكهربائ ٌّة ،العنصر المه ّم جدّ ا ّ تصمٌم وعمل الذاكرة العشوائ ٌّة .Random Access Memory RAM وعلى سبٌل المثال ٌمكن جعل خل ٌّة ذاكرة ما فً شبكة كبٌرة من الخالٌا أن تقرأ أو تكتب المعلومات عن طرٌق تفعٌل ّ خطٌن متعامدٌن ،تماما مثل قراءة إحداث ٌّات نقطة
ما فً المستوى الدٌكارتً (المحورٌن السٌنً والصادي) أو مثل استخدام خطوط الطول والعرض معا لتحدٌد موقع ما على الخرٌطة. وتتو ّقع شركة آي بً إم أن تستطٌع إٌجاد نماذج من هذه الذاكرة صالحة لالستخدام فً عام ،2006وإذا أثبتت هذه النماذج قدرتها على العمل بكفاءة ،فإ ّنه سٌصبح باإلمكان إٌجاد استخدامات أكثر تعقٌدا من هذه النماذج فً السنوات الالحقة ،مثل اآللً ،فتطبٌقات المبدأ كثٌرة وس ُتحدث ثورة فً عالم اإللكترون ٌّات. معالجات الحاسب ّ تطور آخر لشركة آي بً إم ،استطاع باحثون فٌها (ٌوري فالسوف ومارتن وفً ّ أوبوٌل وهٌندرٌك هامان وشاري مكناب من مركز تً جٌه واتسون لألبحاث بدعم جزئً من وكالة مشارٌع أبحاث الدفاع المتقدّ مة ،DARPAالمؤسسة المسؤولة ّ عن التطوٌر واألبحاث المركز ٌّة التابعة لوزارة الدفاع األمٌرك ٌّة ،عن طرٌق برنامجها «إبطاء وتخزٌن ومعالجة الضوء» Slowing, Storing and Processing Lightمن االقتراب أكثر من حلم استبدال الكهرباء بالضوء فً إٌصال سٌل تطورات جذر ٌّة فً أداء المعلومات بٌن أجزاء الدارات .وهذا األمر سٌؤدّ ي إلى ّ الحاسب اآللً وكلّ األنظمة اإللكترون ٌّة األخرى ،فالباحثون استطاعوا إبطاء سرعة الضوء إلى واحد على 300من سرعته المعتادة عن طرٌق تمرٌره فً قنوات من الفوتونً موجه موجات الكرٌستا ـ السلٌكون المص ّنع بعناٌة بالغةٌ ،س ّمى ّ ّ Photonic Crystal Waveguide PCWشرٌحة رقٌقة من السلٌكون «من ّقطة» بمجموعات من الثقوب تكسر أو تغ ٌّر من مسار الضوء المار بها) .هذا لموجه كهربائً التصمٌم للقنوات ٌسمح بتغٌٌر سرعة الضوء عن طرٌق تمرٌر ت ٌّار ّ ّ الموجات .وٌجدر بالذكر أنّ الكثٌر من الباحثٌن فً السابق استطاعوا إبطاء سرعة الضوء فً ظروف مخبر ٌّة ،ولكنّ تح ّكمهم فً سرعة الضوء على شرائح سلٌكون ٌّة باستخدام وسائل تصنٌع ٌّة تعتمد على النانو تكنولوجٌا هو سابقة جدٌدة .وحجم هذا الجهاز الذي استطاع العلماء تصنٌعه صغٌر جدّ ا ،وٌمكن استخدام المواد شبه الموصلة فٌه المواد التً ُتستخدم عادة فً تصنٌع الدارات الكهربائ ٌّة والقدرة على التح ّكم بسرعة الضوء أو إبطائه فً هذه الحالة تجعل باإلمكان لهذه التقنٌة أن تصنع دارات ضوئ ٌّة Optical Circuitsفً غاٌة الصغر من الحجم ،وعمل ٌّة فً آن التطور :للتشبٌه ،فإ ّنه من الصعب معوقات ّ واحد لوضعها فً األدوات اإللكترون ٌّةّ . إٌصال سلع تجار ٌّة فً وقت سرٌع فً مدٌنة دائمة االزدحام بالس ٌّارات ،مهما كان حجم اإلنتاج وسرعته .والحل هو إ ّما زٌادة عرض الشوارع فً المدٌنة (األمر المستحٌل بسبب وجود مبان محٌطة بالشوارع) ،أو إٌجاد طرق بدٌلة (األمر المكلف زمن ٌّا) .وعدم القدرة على إٌصال المعلومات فً الدارات الكهربائ ٌّة هً أحد أكبر ّ الكهربائٌة .كما ان من ٌمر فٌها مص ّممو الدارات «اإلختناقات المرور ٌّة» التً ّ الحراري بسبب ازدٌاد المشاكل التً تواجه مص ّممً الدارات الكهربائ ٌّة ،زٌادة الناتج ّ
مرور اإللكترونات فً الدارات الكهربائ ٌّة ،األمر الذي قد ٌؤدّ ي إلى «احتراق» الدارة تطور بكاملها إن لم ٌت ّم تبرٌدها بشكل مدروس .وأحد أكبر المشاكل التً تشلّ ّ اآللً هً ظاهرة انتقال اإللكترونات من مسارها إلى المعالجات والذاكرة فً الحاسب ّ مسار آخر عند تقلٌص حجم الدارة الكهربائ ٌّة .فالتقن ٌّات المستخدمة الٌوم تعتمد تقنٌة 90و 65و 45نانو متر فً التصمٌم ،ولكنّ المص ّممٌن ٌواجهون ظاهرة انتقال الكهربائً بٌنها وبٌن إلكترونات اإللكترونات من مسار ما إلى آخر بسبب التنافر ّ أخرى قرٌبة .هذه الظاهرة لم تكن موجودة من قبل ألنّ التقنٌات المستخدمة حٌنها كانت تستخدم مسارات إلكترون ٌّة أكثر عرضا من المسارات المستخدمة اآلن .ولكنّ نتائج أبحاث آي بً إم لن تحلّ هذه المشاكل ،بل ستتجاوزها لتنعدم من أساسها ،إذ ستتغ ٌّر قوانٌن الفٌزٌاء فً الدارات لتصبح تعتمد على نظر ٌّات وقوانٌن الضوء (كم ٌّة أو موج ٌّة أو غٌرها) ،لتنعدم اآلثار الحرار ٌّة لمرور اإللكترونات فً األسالك والدارات اإللكترونً .وسٌصبح الضوء هو أساس توصٌل الكهربائ ٌّة ،ولٌنعدم التنافر ّ اآللً .ولكن لٌت ّم كلّ ما ت ّم ذكرهٌ ،جب أن تدعم مكونات الحاسب ّ المعلومات بٌن ّ المكونات هذه تح ّكما كامال بإشارات الضوء ،وٌجب أن تكون تكلفة تصنٌع آل ٌّة هذا ّ التح ّكم زهٌدة الثمن وحجمها صغٌرا .واستطاعت آي بً إم من أن تقدّ م بعض الحلول الفوتونً ،التً موجهات موجات الكرٌستال ـ لهذه المشكلة عن طرٌق استخدام ّ ّ تحتوي على معامل انحراف للضوء عال بسبب وجود أنماط من مجموعات الثقوب فٌها .فكلّما ازداد معامل االنحراف ،قلّت سرعة الضوء الخارج منها .وبزٌادة حرارة كهربائً فٌهاٌ ،ت ّم الفوتونً عن طرٌق تمرٌر ت ٌّار موجهات موجات الكرٌستال ـ ّ ّ ّ تغٌٌر معامل االنحراف ،األمر الذي ٌغ ٌّر من سرعة الضوء الخارج من الثقوب، باستخدام قدرة كهربائ ٌّة قلٌلة جدّ ا. وٌجدر ذكر أنّ كلّ ما ت ّم تطبٌقه فً األبحاث موجود على منطقة صغٌرة جدّ ا من الدارة ،وال ٌمكن مشاهدتها إال تحت المجهر .هذا األمر ٌعنً أنّ ّّ ه باإلمكان إٌجاد دارات ضوئ ٌّة فً غاٌة التعقٌد بنفس حجم الدارات الحال ٌّة .أ ّما بالنسبة لعمل ٌّة التصنٌع ،فإ ّنها موجودة فً أغلب مصانع الدارات الحال ٌّة .والقدرات الوظٌف ٌّة التً مكونات بحجم النانو ،مثل اماكن لحفظ المعلومات ٌدّ عٌها الباحثون تسمح بإٌجاد ّ المكونات الضوئ ٌّة والمعالجات الضوئ ٌّة والكثٌر غٌرها .وإن ت ّم صنع جمٌع هذه ّ ضوئً (هل سٌصبح اسمه الحاسب آلً ّ بأسعار معتدلة ،فإنّ ّأول جهاز حاسب ّ األول سٌكون الضوئً؟) سٌكون من صنع شركة آي بً إم .وعلى األغلب ،فإنّ الجٌل ّ ّ عبارة عن هجٌن من الدارات اإللكترون ٌّة والضوئ ٌّة مع بعضها البعض ،إلى حٌن نضوج هذه التقن ٌّة.
التكنولوجٌا الحدٌثة المسماة نانو تكنولوج Nanotechnologyقد ٌعرفها بعض الناس .وقد ٌجهلها البعض اآلخر ،وقد ٌخاف منها اآلخرون .والنانو تكنولوجً او تقنٌات النانو ،هً مجموعة من األدوات والتقن ٌّات والتطبٌقات التً تتعلّق بتصنٌع بنٌة مع ٌّنة وتركٌبها باستخدام مقاٌٌس فً غاٌة الصغر .ومن الخطأ فعل ما ٌفعله الكثٌرون عند سماعهم بهذه التقن ٌّة ،إذ أ ّنهم ٌبتعدون عن معرفة المزٌد عنها ،خوفا من عدم فهمهم أو لصعوبة تخ ٌّلهم لهذه التقنٌة ،ولك ّنها بسٌطة جدّ ا ،وشئنا أم أبٌنا، ستكون تطبٌقات هذه التكنولوجٌا فً محور حٌاتنا الٌوم ٌّة خالل بضع سنٌن .شركة آي بً إم Business Machines IBM Internationalتعلم ذلك ،ولهذا تصب ُجلّ جهودها لتطوٌر هذه التكنولوجٌا فً مجال تقن ٌّة المعلومات .ومن إنجازات ّ الذرات وتسجٌلها باستخدام رؤوس أقراص آي بً إم فً هذا المجال ،مجهر لتصوٌر ّ صلبة على مستوى النانو .وتطلعاتها إلى المستقبل أكبر بكثٌر من حجم هذه الذرات أو الجزٌئات لتطوٌر التكنولوجٌا ،فهً تطمح لتطوٌر بنٌة مع ٌّنة على مستوى ّ ذرات تقن ٌّات المعلومات .وٌمكن باستخدام هذه التقنٌة أن ٌت ّم «تفصٌل» مر ّكبات من ّ مع ٌّنة انتقائ ٌّا بالٌد .وسٌصبح باإلمكان تكوٌن مر ّكبات بأي مواصفات ٌرٌدها الشخص ،أو إٌجاد مر ّكبات بمواصفات لٌست موجودة فً الطبٌعة ،وبكلّ المقاٌٌس الذري إلى مستوى ناطحات السحاب ،وبالتالً إٌجاد عمل ٌّات تصنٌع ٌّة من المستوى ّ زهٌدة الثمن وعالٌة األداء ،مما سٌم ّهد األساس لمستقبل مزدهر لتقن ٌّة المعلمومات. النانو وتطبٌقاته :النانو هو واحد من ملٌار من المتر ،أو 10-9من المتر .وٌصف توماس كٌنً Thomas Kennyمن جامعة ستانفورد حجم النانو بأمثلة كثٌرة، مثل كونه بنفس عرض الحمض النووي منقوص األوكسجٌن DNAأو بحجم عشر نمو ظفر اإلنسان فً ثانٌة واحدة ،أو ارتفاع قطرة ماء بعد ذرات هٌروجٌن ،أو معدّ ل ّ ّ بسطها كل ٌّا على سطح مساحته متر مر ّبع واحد ،أو واحد على عشرة من سماكة
الملونة على ّ النظارات الشمس ٌّة .والجدٌر بالذكر أنّ عرض أصغر مر ّكب فً الطبقة ّ معالج البنتٌوم Pentiumهو 100نانومتر. الحجم له اعتبار فً عالم الحاسب اآللً واإللكترون ٌّات ،فالحاسب الخارق الٌوم مجرد ساعة ٌد الموجود فً مراكز األبحاث والتطوٌر أو فً الجامعات الكبٌرة سٌكون ّ فً المستقبل القرٌب .والمبانً واآلالت ستستطٌع إرسال إشارات السلك ٌّة عندما تحتاج إلى صٌانة ،أو قد تستطٌع إصالح نفسها .اما ثٌابنا فستأخذ بٌانات عن صحتنا ّ أي مساعدة مضرة وتنبهنا لعوامل بٌئ ٌّة وستنظف نفسها من األوساخ والروائح دون ّ ّ وستقوم بتدفئة أو تبرٌد الجسم حسب درجة الحرارة الخارج ٌّة .وسٌمكن صناعة غرفة عملٌّات كاملة فً كبسولة (عبوة) صغٌرةٌ ،ت ّم وضعها داخل جسم المرٌض لتقوم بتنفٌذ برنامج العمل ٌّة الذي برمجه الطبٌب فٌها حسب حالة المرٌض (من الممكن جدّ ا أن ٌحتاج الخ ٌّاط أو المهندس أو الطبٌب ألخذ دروس فً برمجة هذه التقن ٌّات) .مجاالت ال ُتعدّ وال ُتحصى تدخل فٌها النانوتكنولوجٌا ،وستغ ٌّر حٌاتنا المرات التً استطاع فٌها اإلنسان تغٌٌر حٌاته منذ بدء الزمان عشرات األلوف من ّ مجرد العلمً خصوبة اآلن، وح ّتى ٌومنا هذا .وسٌصبح محتوى أكثر أفالم الخٌال ّ ّ تخ ٌّالت بسٌطة لطفل صغٌر. ابداعات «آي بً إم» :شركة آي بً إم استطاعت إٌجاد طرٌقة الستخدام طرق التجاري المستخدمة اآلن فً صنع أنظمة تح ّكم فً مجموعات من أسالك التصنٌع ّ التطور الذي تأمل الشركة أن ٌؤدي إلى إٌجاد شرائح ذاكرة للحاسب صغٌرة ،وهو ّ اآللً ذات كثافة تبلغ أربعة أضعاف الكثافة الحال ٌّة. ّ ومع أنّ كثافة الذاكرة تزداد اآلن ،إال أ ّنها تزداد بمقدار ثابت ( ّ خط ًّ) ،وهذه التقن ٌّة الجدٌدة ستسمح بالقفز تقن ٌّا إلى األمام بعشرات السنٌن فً لحظة واحدة ،وستقلّص تتكون من إٌجاد نمط لنظام تح ّكم من تكالٌف التصنٌع بشكل كبٌر جدّ ا .التقنٌة هذه ّ ٌتكون من ثالثة عناصرٌ ،وضع أحدها على نهاٌة مجموعة من األسالك المتوازٌة ّ وٌقوم بإمداد اإللكترونٌات ،والعنصران المتبقٌان ٌوضعان على جانبً المجموعة، وٌقومان معا بتكوٌن مجاالت كهربائ ٌّة عبر مجموعة األسالك انتقائ ٌّا ،وٌمكنهما إٌقاف الت ٌّار فً كلّ األسالك ،عدا سلك واحد مختار .ومجموعة األسالك التً تتكون من أربعة أسالك ،ولكنّ المبدأ نفسه استطاعت آي بً إم استخدامها إلى اآلن ّ ٌمكن تطبٌقه على ثمانٌة أسالك .ووجود القدرة على انتقاء سلك مع ٌّن تعنً أ ّنه من والرئٌسً فً الممكن إٌجاد عناوٌن محدّ دة لإلشارات الكهربائ ٌّة ،العنصر المه ّم جدّ ا ّ تصمٌم وعمل الذاكرة العشوائ ٌّة .Random Access Memory RAM وعلى سبٌل المثال ٌمكن جعل خل ٌّة ذاكرة ما فً شبكة كبٌرة من الخالٌا أن تقرأ أو تكتب المعلومات عن طرٌق تفعٌل ّ خطٌن متعامدٌن ،تماما مثل قراءة إحداث ٌّات نقطة
ما فً المستوى الدٌكارتً (المحورٌن السٌنً والصادي) أو مثل استخدام خطوط الطول والعرض معا لتحدٌد موقع ما على الخرٌطة. وتتو ّقع شركة آي بً إم أن تستطٌع إٌجاد نماذج من هذه الذاكرة صالحة لالستخدام فً عام ،2006وإذا أثبتت هذه النماذج قدرتها على العمل بكفاءة ،فإ ّنه سٌصبح باإلمكان إٌجاد استخدامات أكثر تعقٌدا من هذه النماذج فً السنوات الالحقة ،مثل اآللً ،فتطبٌقات المبدأ كثٌرة وس ُتحدث ثورة فً عالم اإللكترون ٌّات. معالجات الحاسب ّ تطور آخر لشركة آي بً إم ،استطاع باحثون فٌها (ٌوري فالسوف ومارتن وفً ّ أوبوٌل وهٌندرٌك هامان وشاري مكناب من مركز تً جٌه واتسون لألبحاث بدعم جزئً من وكالة مشارٌع أبحاث الدفاع المتقدّ مة ،DARPAالمؤسسة المسؤولة ّ عن التطوٌر واألبحاث المركز ٌّة التابعة لوزارة الدفاع األمٌرك ٌّة ،عن طرٌق برنامجها «إبطاء وتخزٌن ومعالجة الضوء» Slowing, Storing and Processing Lightمن االقتراب أكثر من حلم استبدال الكهرباء بالضوء فً إٌصال سٌل تطورات جذر ٌّة فً أداء المعلومات بٌن أجزاء الدارات .وهذا األمر سٌؤدّ ي إلى ّ الحاسب اآللً وكلّ األنظمة اإللكترون ٌّة األخرى ،فالباحثون استطاعوا إبطاء سرعة الضوء إلى واحد على 300من سرعته المعتادة عن طرٌق تمرٌره فً قنوات من الفوتونً موجه موجات الكرٌستا ـ السلٌكون المص ّنع بعناٌة بالغةٌ ،س ّمى ّ ّ Photonic Crystal Waveguide PCWشرٌحة رقٌقة من السلٌكون «من ّقطة» بمجموعات من الثقوب تكسر أو تغ ٌّر من مسار الضوء المار بها) .هذا لموجه كهربائً التصمٌم للقنوات ٌسمح بتغٌٌر سرعة الضوء عن طرٌق تمرٌر ت ٌّار ّ ّ الموجات .وٌجدر بالذكر أنّ الكثٌر من الباحثٌن فً السابق استطاعوا إبطاء سرعة الضوء فً ظروف مخبر ٌّة ،ولكنّ تح ّكمهم فً سرعة الضوء على شرائح سلٌكون ٌّة باستخدام وسائل تصنٌع ٌّة تعتمد على النانو تكنولوجٌا هو سابقة جدٌدة .وحجم هذا الجهاز الذي استطاع العلماء تصنٌعه صغٌر جدّ ا ،وٌمكن استخدام المواد شبه الموصلة فٌه المواد التً ُتستخدم عادة فً تصنٌع الدارات الكهربائ ٌّة والقدرة على التح ّكم بسرعة الضوء أو إبطائه فً هذه الحالة تجعل باإلمكان لهذه التقنٌة أن تصنع دارات ضوئ ٌّة Optical Circuitsفً غاٌة الصغر من الحجم ،وعمل ٌّة فً آن التطور :للتشبٌه ،فإ ّنه من الصعب معوقات ّ واحد لوضعها فً األدوات اإللكترون ٌّةّ . إٌصال سلع تجار ٌّة فً وقت سرٌع فً مدٌنة دائمة االزدحام بالس ٌّارات ،مهما كان حجم اإلنتاج وسرعته .والحل هو إ ّما زٌادة عرض الشوارع فً المدٌنة (األمر المستحٌل بسبب وجود مبان محٌطة بالشوارع) ،أو إٌجاد طرق بدٌلة (األمر المكلف زمن ٌّا) .وعدم القدرة على إٌصال المعلومات فً الدارات الكهربائ ٌّة هً أحد أكبر ّ الكهربائٌة .كما ان من ٌمر فٌها مص ّممو الدارات «اإلختناقات المرور ٌّة» التً ّ الحراري بسبب ازدٌاد المشاكل التً تواجه مص ّممً الدارات الكهربائ ٌّة ،زٌادة الناتج ّ
مرور اإللكترونات فً الدارات الكهربائ ٌّة ،األمر الذي قد ٌؤدّ ي إلى «احتراق» الدارة تطور بكاملها إن لم ٌت ّم تبرٌدها بشكل مدروس .وأحد أكبر المشاكل التً تشلّ ّ اآللً هً ظاهرة انتقال اإللكترونات من مسارها إلى المعالجات والذاكرة فً الحاسب ّ مسار آخر عند تقلٌص حجم الدارة الكهربائ ٌّة .فالتقن ٌّات المستخدمة الٌوم تعتمد تقنٌة 90و 65و 45نانو متر فً التصمٌم ،ولكنّ المص ّممٌن ٌواجهون ظاهرة انتقال الكهربائً بٌنها وبٌن إلكترونات اإللكترونات من مسار ما إلى آخر بسبب التنافر ّ أخرى قرٌبة .هذه الظاهرة لم تكن موجودة من قبل ألنّ التقنٌات المستخدمة حٌنها كانت تستخدم مسارات إلكترون ٌّة أكثر عرضا من المسارات المستخدمة اآلن .ولكنّ نتائج أبحاث آي بً إم لن تحلّ هذه المشاكل ،بل ستتجاوزها لتنعدم من أساسها ،إذ ستتغ ٌّر قوانٌن الفٌزٌاء فً الدارات لتصبح تعتمد على نظر ٌّات وقوانٌن الضوء (كم ٌّة أو موج ٌّة أو غٌرها) ،لتنعدم اآلثار الحرار ٌّة لمرور اإللكترونات فً األسالك والدارات اإللكترونً .وسٌصبح الضوء هو أساس توصٌل الكهربائ ٌّة ،ولٌنعدم التنافر ّ اآللً .ولكن لٌت ّم كلّ ما ت ّم ذكرهٌ ،جب أن تدعم مكونات الحاسب ّ المعلومات بٌن ّ المكونات هذه تح ّكما كامال بإشارات الضوء ،وٌجب أن تكون تكلفة تصنٌع آل ٌّة هذا ّ التح ّكم زهٌدة الثمن وحجمها صغٌرا .واستطاعت آي بً إم من أن تقدّ م بعض الحلول الفوتونً ،التً موجهات موجات الكرٌستال ـ لهذه المشكلة عن طرٌق استخدام ّ ّ تحتوي على معامل انحراف للضوء عال بسبب وجود أنماط من مجموعات الثقوب فٌها .فكلّما ازداد معامل االنحراف ،قلّت سرعة الضوء الخارج منها .وبزٌادة حرارة كهربائً فٌهاٌ ،ت ّم الفوتونً عن طرٌق تمرٌر ت ٌّار موجهات موجات الكرٌستال ـ ّ ّ ّ تغٌٌر معامل االنحراف ،األمر الذي ٌغ ٌّر من سرعة الضوء الخارج من الثقوب، باستخدام قدرة كهربائ ٌّة قلٌلة جدّ ا. وٌجدر ذكر أنّ كلّ ما ت ّم تطبٌقه فً األبحاث موجود على منطقة صغٌرة جدّ ا من الدارة ،وال ٌمكن مشاهدتها إال تحت المجهر .هذا األمر ٌعنً أنّ ّّ ه باإلمكان إٌجاد دارات ضوئ ٌّة فً غاٌة التعقٌد بنفس حجم الدارات الحال ٌّة .أ ّما بالنسبة لعمل ٌّة التصنٌع ،فإ ّنها موجودة فً أغلب مصانع الدارات الحال ٌّة .والقدرات الوظٌف ٌّة التً مكونات بحجم النانو ،مثل اماكن لحفظ المعلومات ٌدّ عٌها الباحثون تسمح بإٌجاد ّ المكونات الضوئ ٌّة والمعالجات الضوئ ٌّة والكثٌر غٌرها .وإن ت ّم صنع جمٌع هذه ّ ضوئً (هل سٌصبح اسمه الحاسب آلً ّ بأسعار معتدلة ،فإنّ ّأول جهاز حاسب ّ األول سٌكون الضوئً؟) سٌكون من صنع شركة آي بً إم .وعلى األغلب ،فإنّ الجٌل ّ ّ عبارة عن هجٌن من الدارات اإللكترون ٌّة والضوئ ٌّة مع بعضها البعض ،إلى حٌن نضوج هذه التقن ٌّة.
