كيفية تحديد بنية سطح البلورات وتقنيات معاينة نمو البلورة

2013 الرمل والسيليكون

دنيس ماكوان

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الفيزياء

تشكل تكنولوجيا المعلومات جزءاً مركزياً في حياتنا، وننتظر كل عام مصفوفة من الإلكترونيات الاستهلاكية الجديدة.

تستمر الأدوات في أن تكون أصغر وامتلاك ميزات أكثر. يحمل أكثر من أربعة مليارات شخص هاتفاً جوالاً. إن هذا التقدم يرتبط بتصنيع مكونات إلكترونية أصغر وأسرع وأرخص.

ومن أجل تصنيع تلك المكونات الأصغر والأكثر تطوراً، تُصنّع المواد وتُضبَط على المستوى الذري وتُنمّى البلورات طبقة ذرية بعد الأخرى.

يتطلب الدخول إلى عالم نمو الطبقة طبقة فهم خواص السطوح وبنيتها لأنها تختلف عن خواص وبنية جسم البلورة أو داخلها. وللقيام بذلك، طورت علوم القرن العشرين تقنيات لمعاينة نمو بلورة مادة معينة على سطح مادة مختلفة ولتحديد بنية سطوح البلورات.

تُفسَّر هندسة عمارة الرمل باستعمال تكنولوجيا انعراج الأشعة السينية التي تطورت بالاعتماد على تجارب تهدف إلى البرهان على الطبيعة الموجية للأشعة السينية. وبالمثل، تُدرس بنية سطح البلورة باستعمال تكنولوجيا انعراج الالكترونات التي تطورت بالاعتماد على تجارب برهنت على الطبيعة الموجية للالكترونات

ومن هذه التجارب، تطور انعراج الالكترونات منخفضة الطاقة (LEED) الذي يُستعمل من أجل تحديد بنية سطوح البلورات. وكامتداد لهذه التكنولوجيا، يُستعمل انعكاس انعراج الالكترونات عالية الطاقة (RHEED) لمعاينة نمو بلورة أحادية في الزمن الحقيقي طبقة ذرية بعد الأخرى.

أدى استعمال هذه التقنيات إلى إنجازات مثل الجذاذات الحاسوبية السريعة والصمّامات الثنائية (الديودات) المُصدرة للضوء وليزرات أنصاف النواقل والخلايا الشمسية متعددة الوصلات.

وفي نفس الوقت، تتمتع هذه البلورات الصنعية الجديدة بخواص جديدة غير مُنتظرة قاد اكتشافها إلى منح أربعة جوائز نوبل.