مولکول فروالکتریک ارگانیک جدید برای ساخت تراشه و حسگر کشف شد
قلب محاسبات کامپیوتری کریستال های کوچکی هستند که صفر و یک های اطلاعات دیجیتال را انتقال می دهند و ذخیره می کنند. امروزه این کریستال ها موادی سخت و شکننده هستند اما در آینده سخت افزارها مولکول های ارگانیک غیرسمی انعطاف پذیر و ارزان می توانند نقش مهمی داشته باشند.
به گزارش گروه اخبار خارجی آژانس خبری فناوری اطلاعات و ارتباطات (ایستنا)، تیمی به رهبری دانشگاه واشنگتن در سیاتل و دانشگاه جنوب شرقی در چین مولکولی را کشف کرده اند که انتظار می رود بتواند جایگزینی برای نیمه رساناهای مبتنی بر سیلیکون باشد. یافته های تحقیقات این تیم که در نشریه ساینس این هفته منتشر شده است مشخصاتی بیان شده است که این مولکول را برای دامنه وسیعی از کاربردها در حافظه، حسگر و ذخیره سازی انرژی ارزان قیمت مناسب است.
به گفته جیانگیو لی، دانشیار مهندسی مکانیک دانشگاه واشنگتن، این مولکول با دارا بودن مشخصات کلیدی که قابل مقایسه با بیشتر کریستال های غیر ارگانیک رایج، کاملا قابل توجه است.
این ماده کربنی جدید می تواند حتی راه های ارزان قیمت تری را برای ذخیره سازی اطلاعات دیجیتال ارائه دهد، ماده ای غیر سمی و انعطاف پذیر را برای حسگرهای پزشکی که در بدن انسان بکار برده می شود فراهم آورد و یک ماده ارزان قیمت تر و سبک تر را برای بدست آوردن انرژی از ارتعاشات طبیعی ایجاد می کند.
این مولکول جدید یک ماده فروالکتریک است، به این معنا که از یک جهت به صورت مثبت شارژ می شود و از جهت دیگر به صورت منفی شارژ می شود و جهت آن می تواند با اعمال یک میدان الکتریکی تغییر کند. فروالکتریک های مصنوعی در حال حاضر در برخی از صفحات نمایش، حسگرها و تراشه های حافظه مورد استفاده قرار می گیرند.
در این مطالعه، محققان مولکول جدید را در مقابل تیتانات باریم که یک ماده فروالکتریک شناخته شده است و استانداردی برای عملکرد است قرار داده اند. تیتانات باریم یک کریستال سرامیکی و حاوی تیتانیوم است و تا حد زیادی به دلیل عملکرد بهتر در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار گرفته است.
مولکول جدید خود را در مقابل این حامل استاندارد قرار داده است. این مولکول دارای طبیعت قطبی سازی، سنجشی از میزان قدرتمندی تنظیم شدن مولکول ها برای ذخیره اطلاعات، 23 در مقایسه با 26 برای تیتانات باریم است. به عقیده لی، این مولکول بهترین فروالکتریک ارگانیک کشف شده تا کنون است.
مطالعه جدید منتشر شده در نشریه نیچر فروالکتریک جدیدی را معرفی کرده است که در دمای هوای اتاق عمل می کند. در مقایسه، این مولکول مشخصات خود را تا 153 درجه سلسیوس حفظ می کند که حتی از تیتانات باریم نیز بالاتر است.
ثابت دی الکتریک مولکول جدید که ذخیره سازی انرژی آن را می سنجد، بیش از 10 برابر بیشتر از دیگر فروالکتریک های ارگانیک است. این مولکول همچنین یک فیزوالکتریک خوب است، به این معنا که در تبدیل حرکت به الکتریسیته که در حسگرها مفید خواهد بود کارآمد است.
مولکول جدید از برم، عنصر طبیعی جدا شده از نمک دریایی، در ترکیب با کربن، هیدروژن و نیتروژن تشکیل شده است و نام کامل آن Diisopropylammonium bromide است. محققان این عناصر را در آب حل کرده و مایع را جهت ایجاد کریستال تبخیر کردند. به دلیل اینکه این مولکول حاوی کربن است، ارگانیک است و زنجیره های شیمیایی دوار انعطاف آن را امکان پذیر می کند.
به گفته لی، این مولکول درحال حاضر جایگزین مواد غیر ارگانیک نخواهد شد، اما می تواند در کاربردهایی که هزینه، سهولت تولید، وزن، انعطاف پذیری و سمی بودن از اهمیت برخوردار است مورد استفاده قرار گیرد.
لی درحال حاضر برروی تعدادی پروژه مرتبط با فروالکتریک کار می کند. سال گذشته وی و دانشجوی وی اولین شواهد برای فروالکتریکی در بافت نرم حیوان یافتند. وی در مقاله منتشر شده در نشریه ساینس سال 2011 تغییر جهت در مقیاس نانومتر در فیلم های فروالکتریک به صورت مستند بیان شده است که نشان می دهد که چنین مولکول هایی می تواند جهت ذخیره سازی اطلاعات دیجیتال مورد استفاده قرار گیرد.
به گفته لی فروالکتریک ها مواد کاملا قابل توجهی هستند. این مواد اداره انرژی مکانیکی، انرژی الکتریکی، اپتیک و الکترومغناطیس را تماما در یک مجموعه امکان پذیر می کند.
لی درحال حاضر برروی مشخص کردن خصوصیات بیشتر این مولکول جدید و کشف مشخصات الکتریکی و مکانیکی مرکب آن کار می کند. وی همچنین درنظر دارد تحقیق برروی فروالکتریک های ارگانیک بیشتری را ادامه دهد.