لعقود من الزمن، كانت صناعة التكنولوجيا في سلسلة انتصارات مجيدة: اجعل المكونات أصغر، ازدد ثراءً، كرر. الآن، اكتشف علماء في جامعة TU Wien أن الخطوة الكبيرة التالية - استخدام مواد ثنائية الأبعاد مثل الجرافين أو ثاني كبريتيد الموليبدينوم - قد تصطدم بحائط ذري حرفي. على وجه التحديد، فجوة تبلغ حوالي 0.14 نانومتر، وهي أرق من ذرة كبريت واحدة وأصغر بحوالي 700 مرة من فيروس SARS-CoV-2. لكن لا تدع الحجم يخدعك: هذه الفجوة المجهرية قد تكون مفسدة الحفل التي تمنع شرائح الكمبيوتر المستقبلية من التقلص أكثر.
إليك المشكلة، كما شرحها الأستاذان مهدي بورفاث وتيبور غراسر: المواد ثنائية الأبعاد رائعة، لكنها لا تعمل بمفردها. تحتاج إلى طبقة عازلة (عادة أكسيد) لصنع ترانزستور. وعندما تلتقي هاتان الطبقتان، لا تتعانقان تمامًا. بدلاً من ذلك، ترتبطان بقوى فان دير فالس الضعيفة، تاركتين فجوة صغيرة تضعف الاقتران السعوي. بعبارة أخرى، بغض النظر عن مدى روعة المادة ثنائية الأبعاد، تصبح تلك الفجوة إسفنجة المرح التي تحد من التصغير.
يشير بحث الفريق إلى أن العديد من الدراسات كانت مشغولة جدًا بالافتتان بخصائص المواد ثنائية الأبعاد نفسها، متجاهلة الواجهات المحرجة التي تشكلها في الأجهزة الحقيقية. هذا الإغفال قد يقود صناعة أشباه الموصلات إلى إنفاق المليارات على أساليب، لأسباب فيزيائية أساسية، لن تنجح ببساطة. لأنه لا شيء يقول 'بحث وتطوير فعال' مثل اكتشاف عيب أساسي بعد إنفاق الأموال.
لكن هناك بصيص أمل: 'مواد السحاب'. هذه هي الأنظمة التي ترتبط فيها طبقة أشباه الموصلات والطبقة العازلة بشكل أكثر إحكامًا، مما يلغي الفجوة. يقول الباحثون إن هذا قد ينقذ الموقف - إذا بدأت الصناعة في تصميم كلتا الطبقتين معًا من البداية. وإلا، فإنها تخاطر بالاستثمار في طريق مسدود. لذا، الدرس واضح: تحقق من فجواتك الذرية قبل كتابة الشيك الكبير.