التصغير هو المحرك الرئيسي لصناعة أشباه الموصلات. يرجع النمو السريع في أداء الكمبيوتر في الماضي القريب إلى حد كبير إلى القدرة على إنشاء هياكل أصغر على رقائق السيليكون.

التقنيين الكيميائيين من ETH زيوريخ تمكنت من تقليل حجم الثنائيات العضوية الباعثة للضوء (OLEDs)، والتي تستخدم على نطاق واسع اليوم في الهواتف الذكية وأجهزة التلفزيون المتطورة، بعدة مراتب من حيث الحجم. تم نشر مقال عن التكنولوجيا في المجلة الضوئيات الطبيعة.

يقول جيو أوه، وهو طالب دراسات عليا في مجموعة أبحاث المواد النانوية التي يقودها البروفيسور في المعهد الفدرالي للتكنولوجيا ETH تشي جين شيه، والذي لا يخفي فخره: “يبلغ قطر أصغر بكسلات OLED التي تمكنا من إنشائها اليوم حوالي 100 نانومتر، وهو أصغر بحوالي 50 مرة مما تسمح به التكنولوجيا الحالية”.

ويضيف زميله توماسو ماركاتو من نفس الفريق: “في خطوة واحدة فقط تمكنا من زيادة الحد الأقصى لكثافة البكسل بنحو 2500 مرة”.

بالمقارنة، حتى العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، كان معدل تصغير معالجات الكمبيوتر يتبع قانون مور، الذي ينص على أن كثافة المكونات الإلكترونية تتضاعف كل عامين.

أولًا، تضع وحدات البكسل التي يتراوح حجمها بين 100 و200 نانومتر الأساس لشاشات عرض فائقة الدقة قادرة على إنتاج شديدة الوضوح، على سبيل المثال في النظارات. ولإثبات ذلك، عرض فريق شي شعار ETH Zurich. يتكون هذا الشعار من 2800 شاشة OLED نانوية ويمكن مقارنتها بحجم خلية بشرية، حيث يبلغ قياس كل بكسل حوالي 200 نانومتر (0.2 ميكرومتر).

تعرض مجموعة بكسلات nanoLED العضوية شعار ETH بدقة 50000 نقطة في البوصة

بالإضافة إلى ذلك، يمكن لمصادر الضوء الصغيرة هذه أن تساعد في التركيز في نطاق أقل من الميكرومتر باستخدام مجاهر فائقة الدقة.

يوضح البروفيسور: “يمكن لمجموعة من وحدات البكسل النانوية كمصدر للضوء أن تضيء مناطق صغيرة من العينة – ويمكن بعد ذلك دمج ال الفردية على جهاز كمبيوتر لإنشاء ة بتفاصيل استثنائية”.

ويرى أيضًا أن البكسلات النانوية هي أجهزة استشعار مصغرة محتملة يمكنها، على سبيل المثال، التقاط الإشارات من الخلايا العصبية الفردية.

يفتح مقياس النانو أيضًا فرصًا للبحث والتكنولوجيا لم يكن من الممكن تحقيقها في السابق، ويشير ماركاتو: “عندما تقترب موجتان ضوئيتان من نفس اللون من أقل من نصف طول موجتهما – ما يسمى بحد الحيود – تبدأان في التفاعل”.

بالنسبة للضوء المرئي، يتراوح هذا الحد من حوالي 200 إلى 400 نانومتر، اعتمادًا على اللون – ويمكن وضع شاشات nanoOLED التي تم تطويرها في ETH في هذا القرب.

في التجارب المبكرة، تمكن فريق شي من استخدام هذه التفاعلات لتغيير اتجاه الضوء المنبعث بشكل هادف. بمعنى آخر، لم تتألق شاشات nanoOLED في كل الاتجاهات، بل في زوايا معينة فقط.

ويأمل ماركاتو قائلاً: “في المستقبل، سيكون من الممكن دمج الضوء من مجموعة nanoOLED في اتجاه واحد واستخدامه لإنشاء أشعة ليزر مصغرة عالية الطاقة”.

وبمساعدة مثل هذه التفاعلات، كما أثبت الباحثون بالفعل، من الممكن توليد ضوء مستقطب. ويستخدم هذا اليوم، على سبيل المثال، في الطب لتمييز الأنسجة السليمة عن الأنسجة السرطانية.

إن بناء مصفوفات ضوئية مرحلية من شاشات OLED النانوية، مثل تلك المستخدمة على نطاق واسع في الرادار، يمكن أن يساعد، من بين أمور أخرى، في تسريع نقل المعلومات في الشبكات وأجهزة الكمبيوتر.

عند تصنيع OLEDs، يتم ترسيب الجزيئات الباعثة للضوء على رقائق السيليكون باستخدام التبخر الحراري. للقيام بذلك، يتم استخدام قناع معدني سميك نسبيًا، والذي يشكل بكسلات بالحجم المناسب. استبدلها المخترعون بشبكة سيراميك.

يوضح أوه: «يمكن أن يشكل نيتريد السيليكون أغشية رقيقة جدًا لكنها قوية لا تتدلى في مناطق لا تتجاوز مساحتها بضعة ملليمترات مربعة».

ونتيجة لذلك، تبين أن الاستنسل المستخدم في تطبيق بكسلات nanoOLED أصبح أرق بحوالي 3000 مرة.

يؤكد O. “الميزة الأخرى لطريقتنا هي أنه يمكن دمجها بسهولة في عمليات الطباعة الحجرية القياسية لإنتاج رقائق الكمبيوتر”.

سيكون من الظلم أن نبقى صامتين بشأن ذبابة واحدة في المرهم. يتم تشغيل وإيقاف وحدات البكسل النانوية هذه معًا فقط. إن جعل الإدارة الفردية هو البرنامج الأقصى للباحثين.

يقول شي: “هدفنا هو توصيل شاشات OLED بطريقة تمكننا من التحكم في كل واحدة منها على حدة”.

وبعد ذلك سيتم تحقيق جميع الآفاق المثيرة للإعجاب المذكورة أعلاه: كل من البصريات المرحلية والتصوير المجسم للميتابيكسل. “هذا من شأنه أن يجعل من الممكن إنشاء ثلاثية الأبعاد حول المشاهد”، يلخص الأستاذ وهو ينظر إلى المستقبل.