حصل مركز ضوئيات إلكترونية تقوده جامعة واشنطن على جولة تمويل ثانية من المؤسسة الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة، ما يمدد العمل على مواد وأجهزة تمزج بين الضوء والإلكترونيات. ويُبقي هذا التمويل مركز المؤسسة الوطنية للعلوم لتكامل المواد الضوئية الإلكترونية الحديثة عند الطلب، المعروف اختصارًا باسم NSF IMOD، مستمرًا لخمس سنوات إضافية، مع أبحاث لها استخدامات محتملة في الشاشات والاتصالات الآمنة والحوسبة المستقبلية.
حقائق أساسية
- تأسس NSF IMOD عام 2021 بوصفه مركزًا من مراكز العلوم والتكنولوجيا التابعة للمؤسسة الوطنية للعلوم.
- المنحة الجديدة تمدد عمل المركز لخمس سنوات أخرى.
- من المتوقع أن توفر المؤسسة الوطنية للعلوم 22 مليون دولار خلال مدة التمويل الخمسية.
- يضم المركز باحثين من 14 جامعة أمريكية بقيادة جامعة واشنطن.
- تشمل الأبحاث الحالية النقاط الكمومية وروابط الاتصال الكمي الضوئي ومواد ضوئية إلكترونية لتكنولوجيا المعلومات.
ما الذي يعنيه هذا للطلاب والمتدربين؟
يحافظ التمويل المجدد على مسار تدريب يصل إلى طلاب الدراسات العليا وطلبة البكالوريوس والمتعلمين الأصغر سنًا. يشارك المتدربون في NSF IMOD في دورة صيفية تمتد أسبوعًا في جامعة واشنطن، وتغطي التخليق الكيميائي وميكانيكا الكم والنظرية الجزيئية، إلى جانب أعمال عملية مثل تصنيع واختبار الثنائيات الباعثة للضوء من الأغشية الرقيقة.
ويمتد أثر البرنامج خارج المختبر أيضًا. فالمركز يوفّر تدريبات تدريبية مع شركاء من الصناعة والمختبرات الوطنية، وبرنامجًا للخبرة البحثية لطلبة البكالوريوس، وتدريبًا للتواصل يهيئ المتدربين ليصبحوا سفراء في مبادرة Quantum LEAP. كما أنشأ NSF IMOD بوابة تعليمية للكم موجهة لمعلمي رياض الأطفال حتى الصف الثاني عشر، ما يوسّع أثره إلى ما هو أبعد من الحرم الجامعي.
- متدربو الدراسات العليا: تدريب تقني متعدد التخصصات وفرص تدريب عملي.
- طلبة البكالوريوس: أماكن في برنامج الخبرة البحثية وفرص بحثية صيفية.
- معلمو وطلبة التعليم ما قبل الجامعي: خطط دراسية ومواد توعوية عبر بوابة التعليم.
لماذا يكتسب NSF IMOD أهمية الآن؟
صُمم NSF IMOD لربط الكيمياء والفيزياء والهندسة وعلوم المواد حول هدف واحد: ابتكار مواد ضوئية إلكترونية جديدة عند الطلب. وتكمن أهمية هذا العمل في أن التقنيات المعنية قد تؤثر في كيفية عرض المعلومات ونقلها ومعالجتها.
وقال مدير المركز ديفيد غينجر إن الهدف هو معالجة مشكلات أكبر من أن يحلها باحث واحد أو حتى مجموعة صغيرة وحدها. ويقول المركز إنه أثبت بالفعل إمكانية طباعة النقاط الكمومية داخل تجاويف محددة، وهي خطوة يصفها بأنها مهمة للاتصالات الكمية المستقبلية وربما للحوسبة الكمية أيضًا.
ما الذي حققه المركز حتى الآن؟
خلال السنوات الخمس الأولى، يقول NSF IMOD إنه نشر 140 ورقة علمية، واستضاف 36 طالبًا جامعيًا عبر برنامجه للخبرة البحثية، وعقد أكثر من 85 فعالية توعوية. كما يذكر المركز أن طلابه التحقوا بشركات ناشئة وشركات أشباه موصلات كبرى بفضل المهارات التي اكتسبوها هناك.
وركز فريق البحث على النقاط الكمومية، وهي مواد صغيرة جدًا تنتج ألوانًا محددة من الضوء بحسب حجمها. ويقول المركز إنه طور طريقة لطباعة النقاط الكمومية بطريقة تشبه طباعة نفث الحبر ووضعها في تجاويف مخصصة، ما ينقلها من مادة مختبرية كيميائية إلى مكوّن محتمل في الدوائر الضوئية الإلكترونية.
من الجهات المشاركة في المركز؟
يجمع NSF IMOD 14 جامعة في أنحاء الولايات المتحدة، من بينها جامعة واشنطن وجامعة كاليفورنيا في بيركلي وجامعة كولومبيا وجامعة شيكاغو وجامعة نورث وسترن وجامعة بنسلفانيا وجامعة ماريلاند وجورجيا تك وجامعة كولورادو بولدر وجامعة أريزونا الحكومية وجامعة رايس وجامعة ليهاي وكلية مدينة نيويورك وجامعة ماريلاند، بالتيمور كاونتي.
وفي جامعة واشنطن، يضم المركز أعضاء هيئة تدريس وباحثين من الكيمياء والفيزياء والهندسة الكهربائية والحاسوبية والهندسة الميكانيكية وعلوم المواد. ومن بين أساتذة جامعة واشنطن المذكورين في الإعلان ديفيد غينجر وكاي-مي فو وبراندي كوسارت وليه لين وديفين ماكينزي وأركا ماجومدار.
ما الخطوة التالية؟
مع المنحة الثانية من المؤسسة الوطنية للعلوم، يخطط المركز لمواصلة تحسين النقاط الكمومية والتجاويف التي توضع فيها خلال السنوات الخمس المقبلة. وقال غينجر إن الرؤية الأبعد تشمل الحوسبة الفوتونية التي قد تخفض كلفة الطاقة للحوسبة، رغم أنه وصف ذلك بأنه هدف ما يزال يبعد عقدًا أو أكثر.
ويُبقي هذا التمويل التعاون متحركًا في وقت يحاول فيه الباحثون تحويل علم المواد الأساسي إلى أجهزة قد تؤثر في الاتصالات والشاشات وتكنولوجيا أشباه الموصلات.
