ابتكار جديد يحدد مواد ثنائية الأبعاد محتملة لثورة في الإلكترونيات المستقبلية

أعلن باحثون من جامعة ماريلاند بالي مونت (UMBC) عن طريقة جديدة لتحديد مواد ثنائية الأبعاد (2D) قد تكون مفيدة في تطوير أجهزة إلكترونية مستقبلية. ونشرت نتائج الدراسة في مجلة "Chemistry of Materials" في 7 يوليو 2025. تهدف هذه المواد، التي تتألف من طبقة أو طبقات قليلة من الذرات، إلى تحسين الأداء والخصائص في مجال الإلكترونيات، مثل التوصيل الكهربائي الفريد والصلابة العالية رغم رقيقها. الباحثون، بقيادة بانغ يان، طالب دكتوراه في الكيمياء، وجوزيف بينيت، الأستاذ المساعد في الكيمياء والكيمياء الحيوية، ركزوا على فئة من المواد تُعرف بـ "المواد الفوسفوكالكيوجينيدات ثنائية الأبعاد"، والتي يمكن أن تكون فيروإلكتريكية، أي قادرة على احتواء شحنة كهربائية في اتجاه معين، ويمكن تغيير اتجاهها بسهولة. بعض هذه المواد تمتلك أيضًا خصائص مغناطيسية، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات متقدمة مثل أجهزة الذاكرة والمستشعرات. في الدراسة، استخدم الباحثون مزيجًا من التحليل البياناتي، النمذجة الحاسوبية، والتحليل الهيكلي لتحديد المواد الجديدة. طور يان قواعد كيميائية لتحديد التركيبات التي يمكن أن تشكل مواد 2D فعالة، مما يسرع اكتشاف مواد جديدة ذات خصائص مفيدة. كما ساهم طالب جامعي، جوشوا بيرينزفيج، في تطوير برنامج بلغة بايثون لتصنيف المواد بناءً على خصائصها، مما ساعد الفريق في تسريع عمله. وشارك أيضًا مونا لايغه، طالبة دكتوراه أخرى، في إعداد الورقة البحثية. بدأ الباحثون بتحليل قاعدة بيانات هيكل البلورات غير العضوية، ثم استخدموا مخططات هيكلية كمومية لتحديد مناطق في "المجال الكيميائي" حيث يمكن أن توجد مواد جديدة مستقرة. من خلال تحليل خصائص أساسية مثل التمييز الكهربائي وحجم الذرات، تم التمييز بين المواد التي تتمتع بالخصائص المرغوبة والمواد الأخرى. أظهرت النتائج 83 مادة محتملة يمكن تصنيعها واستخدامها في الصناعات التكنولوجية، مما قد يزيد بشكل كبير من عدد المواد الفيروإلكتريكية المعروفة. قام الباحثون من UMBC بالتعاون مع فريق من جامعة ماريلاند، كلية بولك، بتصنيع واختبار بعض هذه المواد، وأثبتت نتائج التجارب صحة التوقعات. يقول بينيت إن القدرة على التنبؤ بتركيبات المواد التي يمكن أن تكون مستقرة وفعالة تُوفر ميزة كبيرة في المختبر، مشابهة للكتاب المطبخ الذي يحتوي على وصفات لمواد لم تُصنع بعد. هذه المواد قد تُستخدم في تطبيقات عملية مثل أجهزة الذاكرة التي تحتفظ بالبيانات بعد إيقاف التشغيل، والمستشعرات الدقيقة، وأجزاء تُقلل استهلاك الطاقة في الهواتف الذكية. يأمل الفريق في استخدام نمذجة نظرية ديناميكية كثيفة (high-throughput density functional theory) لدراسة هذه المواد بشكل أعمق، وتحديد خصائصها الفيروية وسهولة تصنيعها. كما سيواصل التعاون مع جامعة ماريلاند لاختبار المواد وتعديلها لتطبيقات محددة. تُعد هذه الدراسة خطوة كبيرة نحو تطوير مواد جديدة قد تغير طريقة تصميم الإلكترونيات، من المستشعرات العسكرية إلى أجهزة الحاسوب المحمولة التي تدوم بطاريتها لفترة أطول. تُعتبر هذه الأبحاث ذات أهمية كبيرة في مجال التكنولوجيا، حيث تسعى المؤسسات العلمية والصناعية إلى تطوير مواد أكثر كفاءة وفاعلية.