الرئيسية - المساحة الإخبارية - [للمرة الأولى]: الحصول على صورٍ حقيقيةٍ للسعة الكهربائية السالبة

[للمرة الأولى]: الحصول على صورٍ حقيقيةٍ للسعة الكهربائية السالبة

تمكن فريقٌ من العلماء وللمرة الأولى من الحصول على صورٍ مجهرية لحالةٍ فيزيائية نادرة تدعى “السعة الكهربائية السالبة Negative Capacitance” حيث من شأن هذا الإنجاز أن يوّفر للعلماء معرفةً أعمق حول الخواص الذرية المتعلقة بهذه الحالة ما قد يؤدي بدوره لآثارٍ هامة في مجال الإلكترونيات ذات استهلاك الطاقة المنخفض.

حول المكثفات والسعة الكهربائية

في عالم الكهرباء والإلكترونيات، تعتبر المكثفات Capacitors أحد العناصر الأساسية والهامة المتواجدة تقريبًا في كافة الدارات والأجهزة الإلكترونية التي نستخدمها في حياتنا اليومية وذلك بفضل قدرتها على تخزين وتفريغ الطاقة الكهريائية، حيث يمكن للمكثفة أن تقوم بتخزين الشحنات الكهربائية (أي الطاقة) عند وصلها مع مصدر جهد كهربائيّ مثل البطاريات.

بالنسبة للسعة الكهربائية Capacitance، فهي الخاصية التي تحدد قدرة المواد على تخزين الشحنات الكهربائية وهي تقاس بواحدة الفاراد F. بالنسبة للسعة الكهربائية السالبة، فهي الخاصية المعاكسة تمامًا: عند وصل مادةٍ ذات سعةٍ كهربائية سلبية بمصدر تغذيةٍ كهربائيّ ستتناقص كمية الشحنات فيها، أي كمية الطاقة الكهربائية

حول الاكتشاف الجديد

ضمن مسعىً جديد من أجل الحصول على معلوماتٍ أكبر حول ظاهرة السعات الكهربائية، تمكن فريقٌ من العلماء في جامعة كاليفورنيا بركلي بالولايات المتحدة من الحصول على صورةٍ مجهرية وللمرة الأولى تظهر السعة الكهربائية السالبة، حيث تم نشر أبحاثهم في دورية “نيتشر Nature”.

يقود الفريق البحثيّ البروفيسور سيف صلاح الدين، والذي توصل عام 2008 إلى أن حالة السعة السالبة يمكن أن تصبح مستقرةً في المواد الفيروكهربائية Ferroelectric Material وذلك عبر وضعها إلى جانب مادةٍ عازلة أخرى، وعلى الرّغم من ذلك، لم يتمكن أحد حتى الآن من الحصول على صورةٍ تظهر هذه الحالة النادرة، حتى تمكن البروفيسور صلاح الدين هو وفريقه البحثيّ مؤخرًا من التقاط أول صورةٍ حقيقية لهذه الحالة.

في بحثهم الأخير، قام الفريق بتحضيرٍ عينةٍ من مادةٍ ذات خواص فيروكهربائية وبنيةٍ فائقة الشعرية ومن ثم وعبر استخدام أحدث تقنيات التصوير تمكنوا من الحصول على خريطةٍ تظهر توزع القطبية وكذلك الحقل الكهربائيّ بحدود الأبعاد الذرية، وهذا بدوره سمح لهم بتقدير كثافة الطاقة الكهربائية. أدى هذا العمل إلى الحصول على شكلٍ لتوزع كثافة الطاقة الكهربائية بحيث ظهرت بشكلٍ واضح مناطق ذات كثافة طاقة سلبية، أي أنهم تمكنوا من الوصول لحالةٍ مستقرة للسعة الكهربائية السالبة.

من شأن الاكتشاف الجديد أن يساهم بشكلٍ كبير في مجال تحسين استهلاك الإلكترونيات للطاقة، حيث يعتبر استهلاك الطاقة أحد التحديات الهامة التي تواجه الصناعة التقنية، ولو أخذنا مثلًا مخدمات مراكز البيانات، لوجدنا أنها تستهلك اليوم لوحدها 10% من إجماليّ استهلاك الطاقة الكليّ في الولايات المتحدة ومع تزايد الاعتماد على الإنترنت والأجهزة الذكية وتطبيقات إنترنت الأشياء، فإن هذا الرقم سيكون بازدياد ما يعني الحاجة لطرقٍ ووسائل تحد من استهلاك الإلكترونيات للطاقة.

يقول البروفيسور صلاح الدين في هذا السياق:” من الممكن استخدام أثر تضخيم الجهد من أجل تخفيض جهد التشغيل الضروريّ للترانزستورات، ما يعني جعل الحواسيب والأجهزة الإلكترونية أكثر كفاءة من ناحية استخدام الطاقة. لا يتوقف أثر اكتشافنا الجديد على الترانستورات، فهو يمتد أيضًا ليشمل مجالاتٍ أخرى مثل البطاريات، المكثفات الفائقة وبعض تطبيقات المواد الكهرومغناطيسية”.

المصادر:

  1. موقع Phys.org
  2. رابط الورقة البحثية على دورية نيتشر Nature

عن ماريو رحال

ماريو رحال
مهندس طبي ومدون تقني. مدير موقع عالم الإلكترون.

اضف رد

لن يتم نشر البريد الإلكتروني . الحقول المطلوبة مشار لها بـ *

*

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

x

‎قد يُعجبك أيضاً

[هواوي ضد العالم] حظر جديد ضد قدرة الشركة على استخدام بطاقات الذواكر SD

لا يبدو أن الوضع سيتحسن بالنسبة لشركة هواوي الصينية فيما يتعلق بقرار حظر التعامل معها ...