باحثون يكتشفون طريقة جديدة للحوسبة باستخدام البلورات السائلة

أثبت باحثون في جامعة شيكاغو مدرسة الهندسة الجزيئية بريتزر كيفية تصميم العناصر الأساسية اللازمة للعمليات المنطقية باستخدام مادة تسمى البلورات السائلة. هذا التطور الجديد هو الأول من نوعه ، ويمكن أن يؤدي إلى طريقة جديدة تمامًا لأداء الحسابات.

نشرت الأبحاث في Science Advances.

على الرغم من أن التقنية الجديدة لن تؤدي إلى Appearance من الترانزستورات أو الحواسيب على الفور ، إلا أنها يمكن أن تساعد في إنشاء أجهزة ذات وظائف جديدة في الحوسبة والتحسس والروبوتات.

جوان دي باولو هو أستاذ في الهندسة الجزيئية وزميل أول في مختبر أرغون الوطني. وهو أيضًا مؤلف رئيسي للأبحاث.

“أظهرنا أننا يمكن أن ننشئ البLOCKS الأساسية للدائرة – البوابات والمضخمات والموصلات – مما يعني أنه يجب أن تكون قادرًا على تجميعها في ترتيبات قادرة على أداء عمليات أكثر تعقيدًا” ، قال خوان دي باولو. “إنه خطوة مثيرة للغاية لمجال المواد النشطة.”

البلورات السائلة

ركزت الأبحاث بشكل كبير على نوع من المواد يسمى البلورات السائلة. واحدة من الخصائص الفريدة للبلورات السائلة هي أن جزيئاتها عادة ما تكون مطولة ، وتعتمد هيكلاً منظمًا إلى حد ما عندما يتم حزمها معًا. ومع ذلك ، يمكن أن يتغير هذا الهيكل حول نفسه بشكل مشابه للسوائل ، ويمكن للعلماء استخدام خصائص فريدة مثل هذه لبناء تقنيات جديدة.

الترتيب الجزيئي المختلف يعني أن هناك مناطق في جميع البلورات السائلة حيث يمكن للمناطق المرتبة أن تتصل ببعضها البعض. منذ أن لا تتطابق اتجاهاتها بشكل مثالي ، يسمي العلماء ذلك “عيبًا طوبولوجيًا” ، ويتحرك هذه النقاط حولها عندما تتحرك البلورة السائلة.

يتساءل فريق العلماء عما إذا كان يمكن استخدام هذه العيوب لنقل المعلومات. ومع ذلك ، فإن إنشاء تقنيات من هذه العيوب سيتطلب القدرة على تحريكها في المكان الذي يُريده ، وقد كان من الصعب التحكم في سلوكها حتى هذه النقطة.

“عادةً ، إذا نظرت من خلال مجهر في تجربة مع بلورة سائلة نشطة ، ست看到 فوضى تامة – عيوب تتحرك في جميع أنحاء المكان” ، قال خوان.

الانطلاقة

جاءت الانطلاقة في العام الماضي مع مشروع في مختبر باولو برئاسة روي زانغ ، الذي كان باحثًا بعد الدكتوراه في مدرسة بريتزر للهندسة الجزيئية. عمل إلى جانب مختبر البروفيسور مارغريت جاردل من جامعة شيكاغو ومختبر البروفيسور زيف برينت من جامعة ستانفورد.

اكتشف الفريق مجموعة من التقنيات التي يمكن استخدامها للسيطرة على العيوب الطوبولوجية. إذا قاموا بتحديد مكان وضع الطاقة في البلورة السائلة ، والتي تمت عن طريق توجيه الضوء إلى مناطق محددة ، يمكن توجيه العيوب في اتجاهات محددة.

“هذه العيوب لها العديد من الخصائص المميزة للإلكترونات في الدائرة – يمكننا تحريكها على مسافات طويلة ، وتضخيمها ، وإغلاق أو فتح نقلها كما في بوابة الترانزستور ، مما يعني أننا يمكن أن نستخدمها لأداء عمليات معقدة” ، قال زانغ.

على الرغم من أن الحسابات تشير إلى أن هذه الأنظمة يمكن استخدامها للحسابات ، إلا أنها من المحتمل أن تكون أكثر فائدة في مجال الروبوتات الناعمة. يعتقد الفريق أنه يمكنهم إنشاء روبوتات ناعمة تقوم ببعض “الأفكار” الخاصة بها باستخدام البلورات السائلة النشطة.

كما يأملون أن يمكن استخدام العيوب الطوبولوجية لنقل كميات صغيرة من السوائل أو المواد الأخرى داخل الأجهزة الصغيرة.

“على سبيل المثال ، ربما يمكننا أداء وظائف داخل خلية اصطناعية” ، قال زانغ.

يتضمن فريق البحث أيضًا مؤلفًا مشاركًا وباحثًا بعد الدكتوراه في جامعة شيكاغو علي مظفري. سيعمل الفريق الآن على إجراء تجارب لتأكيد النتائج النظرية.