ثورة الجرافين.. سحر القوة والسرعة

عمر الحياني                              

                                                         نشر في موقع الجزيرة الحقوق محفوظة لقناة الجزيرة 

كأرفع وأقوى مادة متناهية الصغر, بهرت مادة الجرافين العالم بخصائصها وقدراتها الفيزيائية, وبمستقبلها الواعد في صناعة أشباه الموصلات والمعالجات, في ظل استنفاد القدرات الفيزيائية لمادة السليكون بعد تربعها لعقود من الزمن على صناعة المعالجات والخلايا الإلكترونية.

مادة الجرافين تعد بمستقبل باهر في صناعة أشباه الموصلات والمعالجات (الأوروبية)

فاليوم يقترب العلماء أكثر من أي وقت مضى نحو الاتجاه النهائي لصناعة المعالجات من مادة الجرافين, التي تتميز بخصائص ومواصفات فريدة في الجانب الإلكتروني والميكانيكي.

وقد اعتبر الجرافين المادة المدهشة للقرن الـ21, فذرات الجرافين تمتع بقوة تفوق أي مادة أخرى بمستوى رقتها وقدرتها على توصيل الكهرباء (مرور الإلكترونيات دون مقاومة ) مع ميزة السماح بنفاذ الحرارة والضوء عبر خلاياها, وهو ما فتح أمام العالم مستقبلا مشرقا في صناعة المعالجات والخلايا الإلكترونية.

تطبيقات الجرافين

وتتوالى تطبيقات الجرافين الصناعية، فبعد نجاح العلماء في تصنيع الخلايا الشمسية الدقيقة التي تحول الطاقة الشمسية إلي تيار كهربائي فإن التطبيقات المختلفة لمادة الجرافين سوف تلعب دوراً مهماً في صناعة الهواتف النقالة المستقبلية وأجهزة تسجيل الموسيقى والمعالجات، والمفاتيح الكهربائية الدقيقة جداً وشاشات اللمس وصناعة الطائرات والسيارات والأقمار الصناعية, وتغليف المواد الغذائية, وكذلك سد الفراغات في المواد النانوية.

إلى جانب ذلك تلمح بعض الدراسات إلى إمكانية استخدام الجرافين في تطوير بعض المواد من خلال إضافة الجرافين إلى مادة البلاستيك بنسبة 1% مما يزيد من قوتها وصلابتها ويرفع قدرتها على تحمل درجات حرارة عالية مما يفتح مجالات واسعة أمام استخدام هذا النوع من المواد النانوية المطورة في العديد من التطبيقات المثيرة.

استخدامات الجرافين لن تبقى محصورة في المعالجات والخلايا الإلكترونية بل ستمتد إلى تقنيات أخرى كالاتصالات والتصوير والكشف الموجي والكشف عن الأسلحة، والبيولوجيا للكشف عن متتاليات الحمض النووي وذلك لأن جميع هذه التطبيقات تتطلب سرعة فائقة في المعالجات.

فالباحثون في معهد جورجيا للتكنولوجيا يسعون لإنشاء هياكل وتراكيب مصغرة من خلال دمج خصائص الجرافين والسليكون، مع تحسين قدرة المعالجات بإضافة مواد رقيقة وعازلة للكهرباء.

وقد لفت الجرافين الانتباه بعد قيام العالميْن من أصل روسي أندريه جيم وكوستانتسن نوفوسيلوف -وكلاهما من جامعة مانشستر ببريطانيا- بنشر بحثهما عن الجرافين في مجلة العلوم الأميركية مجلد 306 أكتوبر/تشرين الأول 2004 عندما اكتشفا الخصائص الفيزيائية الكمية لمادة الجرافين خلال تجاربهما المعملية, ونجاحهما في إنتاج وعزل وتحديد وتوصيف ذرات الجرافين وإثبات إمكانية صناعة معالجات الحاسوب والأجهزة الإلكترونية منها.

فبعد انتظار طويل انبهرت نوبل بفضل عملهما الطليعي ومنحتهما جائزتها في الفيزياء لعام 2010 تقديرا لجهودهما في اكتشاف الخصائص الفيزيائية لمادة الجرافين. وُيعد هذا الاكتشاف بمثابة فتح باب أمام اكتشافات جديدة لتلك المادة الكربونية، فخصائصها الفريدة لازالت تغري الكثير من العلماء والباحثين في سبر أغوارها.

نوفوسيلوف خلال تلقيه جائزة نوبل في الفيزياء عام 2010 (أسوشيتد برس-أرشيف)

يقول جيم الفائز بجائزة نوبل بالفيزياء لعام 2010 "إن الجرافين بمثابة الرحمة للفيزيائي لأنه من الناحية النظرية يمكنه من خلال ذرة واحدة الحصول على مادة ثنائية الأبعاد وفائقة التوصيل، في وريقة واحدة من الجرافين تتحرك الشحنات الكهربية كالجسيمات الكمومية النسبوية وكأنها في الحقيقة فقدت كتلتها مما يجعلها تتحرك بسرعة الضوء".

ويضيف الباحث أن "هذا النوع من الفيزياء الذرية كان بعيد المنال، ولذا يمكنني تشبيه الجرافين بأنه يعمل كمعجل للجسيمات، وستكون السنوات الـ15 المقبلة فاصلة في موضوع التطورات التي سيشهدها عالم الحاسوب بشكل خاص.. كيف لا وهو أشد مقاومة من الفولاذ بمائتي مرة؟".

نوفوسيلوف خلال تلقيه جائزة نوبل في الفيزياء عام 2010 (أسوشيتد برس-أرشيف)

سباق السرعة والقدرات

وتزداد أهمية المعالجات الإلكترونية فائقة السرعة اليوم أكثر من أي وقت مضى، وذلك لمعالجة هذا التراكم الهائل من المعلومات والعمليات المعقدة في كون عالمي مترابط شبكيا, ولكن هناك عدة عوامل يحاول العلماء تخطيها من أجل صناعة معالجات أكثر كفاءة وقدرة, فتخفيض الحرارة المنبعثة من المعالجات والتبريد المتواصل, مع زيادة سرعتها في معالجة البيانات, جميعها شكلت دوافع لاكتشاف مواد أكثر قدرة على توفير المتطلبات المستقبلية لمعالجات الغد.

فحرارة المعالجات الحاسوبية المصنوعة من مادة السليكون تقوم بعمليات عديدة في الثانية الواحدة دون ارتفاع في حرارتها إلى حد معين، أما الجرافين فإن الإلكترونات تمر فيه دون مقاومة تقريباً مع ارتفاع بسيط جدا في درجة حرارته, ويرجع سبب ذلك إلى أن الجرافين يسمح بمرور الحرارة دون احتكاكها بالإضافة إلى أنه يفقدها بسرعة كبيرة جدا، وهذا ما يجعله مناسباً لصناعة الخلايا الإلكترونية.

إن سرعة المعالجات المبنية على السليكون ستبقى محصورة في نطاق الغيغاهيرتز، أما مادة الجرافين فسيمكنها من اختراق حاجز التيراهيرتز (التيرا يعادل ألف غيغا).

وعلى الرغم من أن مادة الجرافين تستهلك طاقة أقل من السليكون إلا أنها ليست موصلة جيدة للكهرباء كما السليكون، وهذه الخاصية مهم وجودها في المعالجات التي تعتمد الدوائر المتكاملة في المعالجة, إلا أنها تسبب فقدان كميات من الطاقة دون فائدة، ولكن العلماء قاربوا على تجاوز هذه العقبة وجعل مادة الجرافين تقارب مادة السليكون بخصائصها في التوصيل.

والجرافين شكل من أشكال الكربون سداسي الذرات (ذرات الكربون فيها مرتبة على شكل مسدس الزوايا والأضلاع كخلية النحل تماماً) ولا يرى بالعين المجردة، وهو يعد من أكثر العناصر اتحادا مع العناصر الأخرى مكونا أكثر من عشرة ملايين مركب, بالإضافة إلى أنه من العناصر الأكثر توافرا على كوكب الأرض, فكل كائن حي يحتوي على مادة الجرافين وهو أحد تكوينات الكربون المختلفة .

يُذكر أن الباحثين الأميركييْن ديفيد مرمين وهربرت واجنر توصلا عام 1966 إلى أن الجرافين الذي تصنع منه أقلام الرصاص، يتأثر بعامل الحرارة أو الاستثارة الحرارية، أي أن طبقة واحدة من الذرات يمكن أن تضطرب في بنيتها الشكلية، وبالتالي فإن المادة نفسها يمكن أن تتحول إلى سائل أو مادة مائعة نظراً لأنه لا يمكن عزلها, إلا أن العالميْن جيم ونوفوسيلوف تمكنا بعد 38 سنة من عزل ذرات الجرافين.

وبالرغم من أن لجنة نوبل أقرت أن أغلبية استعمالات الجرافين العلمية موجودة في تخيلاتنا فحسب، فإن العديد منها يخضع للتجربة حاليا.

ويظل حقل اكتشاف خصائص الجرافين في مراحله الأولى ، ومن المنتظر أن يجذب هذا الفتح العلمي الكثير من مراكز الأبحاث وشركات التقنية التي تترقب التطورات في الأبحاث المتعلقة بالجرافين, لتنطلق في عالم لا يعرف المستحيل.

__________________

* صحفي يمني متخصص في الشؤون العلمية

المصدر:الجزيرة

إسمعي يا أسمـــــــــــــــــاء

د مروان الغفوري

من صفحة الشابة أسماء العديني، التي نالت الترتيب الأول على الجمهورية بنسبة 99.4%، لهذا العام:

"ﻟﻮ ﺍﻧﻬﻢ ﻭﺿﻌﻮﺍ ﺍﻟﻘﺮﺁﻥ ﺍﻟﻜﺮﻳﻢ ﺍﻟﻤﻨﻬﺞ ﺍﻟﻮﺣﻴﺪ في ﻣﺪﺍﺭﺳﻨﺎ ﻭﺩﺭﺳﻨﺎﻩ ﺏ ﺍﻋﺠﺎﺯﻩ ﺍﻟﻌﻠﻤﻲ ﻭﺍﻟﺘﺸﺮﻳﻌﻲ ﻭﺍﻟﻠﻐﻮﻱ ﻟﺨﺮﺟﻨﺎ ﺑﻪ ﺍﻣﻪ ﺗﻘﻮﺩ ﺍﻣﻢ"..

تعليقي:
اسمعي يا أسماء،
أمامك طريق طويل مع الفيزياء والبيولوجيا. دعي هذه الفننتازيا، وهذه الشوفينية الدينية، للذين خرجوا عن القضبان وعجزوا عن فهم الهندسة الفراغية وعلم الدوال الرياضية.
القرآن كتاب في الدين، في العقائد الأخلاق، وجزء من التشريع.
فكرة الأعجاز العلمي تدخل السرور على قلوب جماهير الأمم المهزومة: حسناً، لقد تفوق علينا الرجل الأبيض، لكن الله تفوق عليه. انظري إلى هذه الفكرة كم مهينة للخالق، إذ تجعله في سباق علمي مع البروفيسور زودهوف وفريقه العلمي.

الذين دخلوا لعبة الإعجاز العلمي انتهوا بعد سنين طويلة مهندسي موت. الفكرة واحدة: دعونا نبحث عن طريقة لهزيمة العالم المتقدم. بعدإعادة تدوير النصوص الدينية بطريقة تسمح باستخراج ملاحظات في فيزياء الكون وعلم الأجنة شعر المتدينون بالارتياح العميق: لقد هزمهم ربنا هذه الليلة. في الليلة القادمة سنستلم راية المواجهة من يد الرب لنهزمهم نحن.
تنظيم القاعدة هو استكمال عملياتي لفكرة الإعجاز العلمي في القرآن.

ليست مهمة المسلم أن يقود العالم، بل أن يتعايش معه، ليتبادلا الأفكار الجيدة حول كيف يمكن أن نخلق عالماً أفضل. فعندما ألقى مرشد الإخوان خطاباً عن "أستاذية العالم" كانت تجربة الإخوان السياسية قد وصلت إلى مستوى من العشوائية والبدائية بحيث أثارت ضدها أحياء شبرا وبولاق الدكرور، بينما كان المرشد يعتقد أنه سيلهم سكان مدينتي سيول وفانكوفر!

عندما تدرسين فيزياء الكون، لا الإعجاز العلمي في مسائل الكون، ستجدين تاريخاً علمياً حديثاً عن كيف استعدت الولايات المتحدة وروسيا في لحظة ما لمواجهة كويكب شارد ينطلق بسرعة 10 كيلو مترات في الثانية كان متوقعاً أن يضرب الأرض ويقضي على الحياة فيها، أو نسبة كبيرة من الحياة. في تلك اللحظات يتذكر كل العالم بيان آين شتاين وبرتراند راسل 1954 حول المسؤولية الجماعية في الحفاظ على الحضارة،التي هي منجز إنساني جماعي. تجهز أميركا كل قدرتها التكنولوجية لمواجهة الخطر خارج حدود الأرض. يصبح هذا البلطجي هو حارس الحارة الوحيد.

القرآن كلام الله، أشترك معك في هذا الاعتقاد. القرآن نفسه، وقد قرأته مئات المرات وكنت أستخدم الماركر والهايلايت والقلم الرصاص، يتحدث عن التدبر والتفكر أكثر من حديثه عن الإيمان. يترك بعض الإشارات العلمية، في معرض حديثه عن خلق الكون، لا لكي يهزم البروفيسور زودهوف، بل ليقول لك: ثمة علم مهم اسمه الفيزياء، من الأفضل أن تكتشف الطريق إليه.

لكنا، بطريقة مدمرة للإيمان، صفقنا عندما اكتشفنا أن الله يعرف بعض المسائل العلمية. تماماً كما يفعل بدو جنوب الصحراء الأفريقية عندما يتقن الغلام أول عملية حساب، أو يصطاد أول تمساح.

الإعجاز الأهم في القرآن هو الدعوة إلى الاتقان، ولا توجد حاجة لإعجاز آخر.

نهارك سعيد.

م. غ.

جائزة نوبل في أرقام

جائزة نوبل في أرقام

 دوتشية

كم مرة تم منح جائزة نوبل لمتوفٍ؟ أي من الباحثين تم منعهم من نيل الجائزة؟ باحثو أي دولة حققوا الرقم القياسي في الحصول على الجائزة؟ وأي من الباحثين نال الجائزة أكثر من مرة؟ نظرة على تاريخ جائزة نوبل الذي يمتد لـ 112 عاما.

ألفريد نوبل منح ثروته لمؤسسته التي تمنح جائزة باسمه تعتبر الأرفع في ست مجالات

حين أوصى ألفرد نوبل بثروته لإحدى المؤسسات، أصيب ورثته بالذهول فاعترضوا على الوصية ونقضوها لدى القضاء. واستمر النزاع خمسة أعوام، إذ منحت أول جائزة عام 1901 أي بعد خمس سنوات من وفاة نوبل.

تمنح جائزة نوبل للأحياء فقط، لكن داغ همرشولد الحاصل على جائزة نوبل للسلام عام 1961 واريك آكسيل كارلفيلدت الذي حصل على جائزة نوبل للآداب عام 1931 تم تكريمهمها ومنحهما الجائزة رغم موتهما، لأنهما توفيا في الفترة ما بين ترشيحهما ومنحهما الجائزة. عام 1974 لم يعد يسمح بذلك واقتصار الجائزة على الأحياء فقط. لكن عام 2011 منحت جائزة الطب لميت، إذ لم تكن اللجنة المشرفة على الجائزة تعرف أن رالف شتاينمان قد توفي قبل ثلاثة ايام من منحه الجائزة. وبالتالي استلم ورثة شتاينمان الجائزة كحالة استثنائية.

الحصول على الجائزة مرتين

حصل أربعة باحثين على جائزة نول مرتين، إذ نال عالم الفيزياء الأمريكي جون باردين عامي 1956 و 1972. كذلك نال الجائزة مرتين عالم الكيمياء الحيوية البريطاني فريدريك سانغر عامي 1972 و 1980.

أما الجمع بين جائزتي نوبل في مجالين مختلفين، فكان من نصيب عالم الكيمياء الأمريكي لينوس باولينغ، الذي حصل على جائزة الكيمياء عام 1954 وجائزة السلام عام 1962 لمناهضته تجارب الأسلحة النووية.

بين النساء حصلت الفرنسية ماري كوري، عام 1903 على جائزة الفيزياء لأبحاثها في مجال النشاط الإشعاعي وعام 1911 على جائزة الكيمياء لاكتشافها العناصر الكيميائة للولونيوم والراديوم.

أما مجموع عدد النساء اللواتي حصلن على الجائزة منذ عام 1901 وحتى عام 2012 فبلغ 44 إمرأة، لكن فقط 16 إمرأة حصلن على الجائزة في المجالات العلمية الثلاث: عشرة في الطب وأربع في الفيزياء وواثنتان في الكيمياء.

رفض جائزة نوبل

اثنان رفضا استلام جائزة نوبل بعد منحهما إياها، وهما الفيتنامي لي دوك تو، الذي رفض استلام جائزة نوبل للسلام بسبب الحرب والأوضاع في بلاده آنذاك، في حين رفض الكاتب والفيلسوف الفرنسي جان بول سارتر الجائزة لأنه كان يرفض أي تكريم رسمي.

أما الباحثون الألمان فكانوا يمنعنون من استلام الجائزة اثناء حكم هتلر في الحقبة النازية، إذ حرم ريشارد كون من جائزة الكيمياء عام 1938 وأدولف بوتنانت من نفس الجائزة في العام التالي، في حين منع غيرهارد دوماغ من استلام جائزة نوبل للطب عام 1939. لكن العلماء الألمان الثلاثة استلموا جوائزهم بعد انتهاء الحرب العالمية الثانية، لكن فقط الشهادة والميدالية دون المكافأة المالية.

علماء أي دولة الأكثر حصولا على الجائزة؟

أغلب جوائز نوبل في المجالات العلمية الثلاث: الطب والفيزياء والكيمياء، حصل عليها علماء أمريكيون، إذ بلغت نسبتهم 43 بالمائة. يليهم العلماء الألمان وفي المركز الثالث البريطانيون يليهم الفرنسيون.

وأكثر الحاصلين على الجائزة هم من مواليد الفترة ما بين 28 شباط / فبراير و21 أيار / مايو.

أما متوسط أعمار الحاملين لجائزة نوبل في المجالات الست: الطب والفيرياء والكيمياء والسلام والاقتصاد والآداب، فيبلغ 59 عاما. أما الاسترالي – البريطاني لورانس براغ الذي حصل على جائزة نوبل للفيزياء عام 1915 فيعتبر الأصغر عمراً بين حاملي الجائزة لم يتجاوز الخامسة والعشرين حين تم تكريمه. في حين يعتبر الفيزيائي الأمريكي رايموند ديفيس الذي حصل على الجائزة عام 2002 في الثامنة والثمانين الأكبر بين الحاملين للجائزة في المجالات العلمية الثلاث. أما عالما الاقتصاد ليونيد هوروفيتش ولويد شابلي، فحصلا على الجائزة وعمرهما على التوالي تسعين وثمانين عاما.