باحثون يابانيون يقطعون رقاقات أشباه الموصلات من الماس بتقنية ليزر جديدة

يعد الماس من بين أكثر المواد الواعدة للتطبيقات التقنية، مثل الاتصالات السلكية واللاسلكية السريعة وتحويل الطاقة في السيارات الكهربائية أو محطات توليد الطاقة. ومع ذلك، ليس من السهل التعامل مع الماس، حيث أنها تميل إلى التصدع عند محاولة قطع الرقائق منها.

يبدو أن تقنية جديدة تعتمد على الليزر طورها فريق من العلماء اليابانيين من جامعة تشيبا توفر طريقة "لتقطيع الماس دون عناء" على طول المستوى البلوري الأمثل. نُشر البحث مؤخرًا في مجلة Diamond and Related Materials، ويمكن أن يساعد صناعة أشباه الموصلات في اعتماد واحدة من أقوى المواد المعروفة للإنسان.

قال الباحثون إن الماس له خصائص جذابة لتطبيقات أشباه الموصلات، حيث يمتلك فجوة نطاق أوسع من السيليكون. يمكن استخدامها نظريًا لإنشاء أشباه موصلات أكثر كفاءة، قادرة على العمل بجهد وترددات ودرجات حرارة أعلى. ومع ذلك، فإن الماس يمثل تحديًا للتكيف مع أشباه الموصلات لأنه لا توجد تقنية فعالة لتقطيعها إلى رقائق رقيقة.

يقترح البروفيسور هيروفومي هيداي وفريقه في جامعة تشيبا حلاً للمشكلة: عملية تقطيع تعتمد على الليزر يمكنها قطع الماس بشكل نظيف دون كسره. ذكر الباحثون أن التقنية الجديدة تمنع انتشار الشقوق غير المرغوب فيها أثناء عملية القطع بالليزر من خلال تركيز نبضات الليزر القصيرة على حجم ضيق يشبه المخروط داخل المادة.

 

تعمل نبضات الليزر على تحويل الماس إلى كربون غير متبلور بمستويات كثافة أقل. وقال البروفيسور هيداي إنه لذلك، فإن المناطق التي يتم التقاطها بالليزر تخضع لانخفاض في الكثافة وتشكيل الشقوق. ابتكر الباحثون نمطًا شبيهًا بالشبكة لتوجيه انتشار الشقوق على طول مسار القطع المحدد، في حين تم استخدام إبرة تنجستن حادة "بسهولة" لفصل رقاقة ناعمة عن باقي كتلة الماس.

وقالت جامعة تشيبا إن التقنية الجديدة المقترحة يمكن أن تكون خطوة محورية نحو تحويل الماس إلى "مادة شبه موصلة مناسبة" لتقنيات مستقبلية أكثر كفاءة. لاحظ البروفيسور هيداي كيف أن تقطيع الماس بالليزر "يتيح إنتاج رقائق عالية الجودة بتكلفة منخفضة" ولا غنى عنه لتصنيع أجهزة أشباه الموصلات الماسية.

قال Hidai إن البحث الياباني يجعل الصناعة أقرب إلى تحقيق أشباه موصلات الماس لتطبيقات التكنولوجيا المختلفة. يمكن للرقائق المقطعة بالليزر أن تحسن نسبة تحويل الطاقة في المركبات الكهربائية والقطارات.

جامعة تشيبا وفريق Hidai ليسوا وحدهم في جهودهم لتحويل الماس إلى أشباه موصلات. دخلت Amazon Web Services مؤخرًا في شراكة مع Element Six (شركة تابعة لاتحاد الماس De Beers) لإنشاء الماس الاصطناعي واستخدامه في التشفير الكمي. تحاول الشركتان استغلال عيوب امتصاص الفوتون في الماس لإنشاء شبكة عالمية لتوزيع المفاتيح الكمية (Global network for quantum key distribution).