أعلنت مجلة Physics World مؤخرًا أن إلهام فضالي وفريقها في جامعة أيندهوفن للتكنولوجيا في هولندا فازوا بجائزة Physics World 2020 لهذا العام.[1]

من خلال إنشاء مادة تعتمد على السيليكون تنبعث منها الضوء بكفاءة بأطوال موجية في نطاق نافذة الاتصالات الضوئية ، فتح الفريق بابًا من الفرص لأجهزة السيليكون.[1]

حسنا دعونا نتعرف ما هو كل شيء عن البحث؟

أوضحت إلهام فضالي أن صنع مادة تعتمد على السيليكون يمكنها إصدار الضوء بكفاءة للأجهزة الإلكترونية الضوئية كان بمثابة “الكأس المقدسة” في مجال الأجهزة الإلكترونية الضوئية على مدى العقود الخمسة الماضية ، إن لم يكن أكثر.[1]

وقالت: “لطالما سعى العلماء لتحقيق حلم الحصول على مصدر ضوء يعتمد على السيليكون منذ ما يقرب من 50 عامًا نظرًا للدور المهم الذي سيلعبه في المستقبل في توصيل البيانات عبر الضوء”.

وأضافت فضالي: “الآن بعد أن أصبح لدينا دليل على المفهوم بأنه يمكننا توليد انبعاثات ضوئية فعالة من المواد القائمة على السيليكون ، فإن الخطوة التالية هي تصنيع مصدر ضوء من هذه المادة وتوظيفه في الأجهزة الإلكترونية الضوئية”.[1]

بعبارات بسيطة

 

تم تعيين هذا الاختراق لتعزيز عالم الحوسبة بشكل عام. وفقًا لفضالي ، “يمكن أن يتسبب ذلك في ثورة ثانية في مجال الضوئيات القائمة على السيليكون” لمساهمته في تقليل استهلاك الطاقة ، وتواصل أسرع ، ونأمل في تقليل التكلفة. يمكن أن تشمل تطبيقاته ليس فقط اتصالات البيانات ولكن أيضًا المركبات ذاتية القيادة (السيارات ذاتية القيادة) والاستشعار البيولوجي والاستشعار الطبي والخلايا الشمسية والمزيد.[1]

في حين أن مستخدم التكنولوجيا اليومية لن يختبر بدقة تأثير المواد القائمة على السيليكون في الأجهزة ، فإن المستخدمين الذين يستخدمون التكنولوجيا على نطاق أوسع سيفعلون ذلك بالتأكيد. قالت فضالي: “أصبح عبء البيانات أثقل وأثقل كل عام مع مشاركة مليارات التغريدات والصور على مواقع التواصل الاجتماعي أثناء حديثنا”. “يمكننا بالتأكيد الاستفادة من الاتصالات الأسرع عبر مراكز البيانات في جميع أنحاء العالم.”[1]

وأضافت فضالي: “من أسرع وأقوى أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم إلى هواتفنا بحجم الجيب ، لا تزال جميع الأجهزة الحديثة تقريبًا تعتمد على الأسلاك الكهربائية لنقل البيانات” ، مشيرًا إلى أن نقل المزيد من البيانات بهذه الطريقة يعني زيادة استهلاك الطاقة (مما يعني مزيدًا من الحرارة) وبطء الاتصال بسبب حركة البيانات. بدلاً من ذلك ، عندما يتم نقل البيانات عبر الضوء باستخدام مادة قائمة على السيليكون بدلاً من الأسلاك ، ستعمل الأجهزة بشكل أسرع وتستهلك طاقة أقل – لأنه لا يوجد شيء أسرع من الضوء.[1]

بالإضافة إلى ذلك ، في خضم الأزمات ، مثل الوباء الحالي عندما تحتاج التطعيمات إلى التعقب السريع ، تتطلب الحوسبة السريعة والبحث في أنظمة البيانات أنظمة سريعة بنفس القدر ، حيث يمكن للمادة أن توفر قيمة استثنائية.[1]

في لحظة الفوز ، التعاون وكوني أنثى

 

لنكون صادقين ، علمنا أنه كان صعبًا وصعبًا لأن العلماء ظلوا يطاردون هذا الحلم لفترة طويلة. قالت فضالي: “كنا نعلم أنه كان حلمًا كبيرًا وأنه إذا حققناه ، فسيكون ذلك ثوريًا”. “لقد بدأت البحث عن هذا المشروع منذ أربع سنوات ، وبدأ فريقي حتى قبل ذلك ، لكنني لم أتوقع أن يأتي بهذه السرعة.”

لكن قبل كل شيء ، تفخر فضالي بكونها أنثوية قدوة.[1]

وقالت “أنا فخورة حقًا: كوني امرأة مصرية وعربية جعلني فخورة جدًا بأن أكون مثالًا يمكن للفتيات أن يفعلن شيئًا في مثل هذه المجالات المعقدة”. “بالنظر إلى أن نسبة الإناث في الفيزياء منخفضة جدًا ، فأنا فخورة بأن أفعل ذلك – لنفسي ولعائلتي ومجتمعي.”[1]

ومع ذلك ، “هذا ليس إنجازًا لشخص واحد على الإطلاق” ، شددت فضالي. “عندما لم يكن العلم متقدمًا كما هو عليه اليوم ، كان الناس مثل أينشتاين قادرين على تحقيق اختراق بمفردهم. الآن ، نحن على حافة العلم ، ونحتاج إلى التعاون لتحقيق اختراقات – خاصة إذا كانت تجريبية “.[1]

فريق فضالي متنوع ، حيث يضم أعضاء من هولندا والمملكة المتحدة والنمسا وألمانيا. منذ أن بدأ البحث في عام 2012 ، توسع الفريق ليشمل 20 مؤلفًا مشاركًا وثلاثة مؤلفين مساهمين على قدم المساواة ، بما في ذلك إلهام فضالي.[1]

حيث بدأ كل شيء: أيام الجامعة الأمريكية بالقاهرة

قبل أن تبدأ تعليمها في هندسة الإلكترونيات بالجامعة الأمريكية بالقاهرة ، أمضت فضالي تعليمها في المدارس العربية في بني سويف ، مما جعل انتقالها إلى الجامعة الأمريكية بالقاهرة “تحديًا كبيرًا” بعد أن حصلت على منحة دراسية كاملة من برنامج القيادة للتعليم والتنمية (LEAD) الممول من الوكالة الأمريكية للتنمية الدولية ).[3]

قالت: “يجب أن أقول إن الالتحاق بالجامعة الأمريكية بالقاهرة كان حقًا خطوة تحولية في حياتي”. “بصرف النظر عن البيئة متعددة الثقافات ، ونظام الفنون الحرة ، وبالطبع التعليم من الدرجة الأولى ، كان الأمر يتعلق بالأنشطة.” من الأنشطة اللامنهجية إلى النوادي والمعسكرات والاحتفالات – انضمت فضالي إلى أكبر عدد ممكن من الأنشطة ، وكانت تلك اللحظات المفضلة لديها.[3]

بعد ذلك مباشرة ، فإن ذكراها الرئيسية في الجامعة الأمريكية بالقاهرة هي فصل دراستها بالخارج خلال سنتها الأولى في جامعة دريكسيل ، بنسلفانيا. “كانت أكبر خطوة بالنسبة لي ؛ قالت: “كنت أحلم بالدراسة في الخارج ومتابعة دراستي العليا”. وهناك حضرت دورات ومختبرات في فيزياء الأجهزة الإلكترونية ، وكنت منبهرًة. عندما عدت ، قررت أن هذا هو المجال الذي أرغب في الاستمرار فيه. فلولا الجامعة الأمريكية بالقاهرة وفرصة حضور برنامج التبادل هذا ، لكانت حياتي مختلفة “.[1]

تشعر فضالي بالامتنان بشكل خاص لأحد أساتذتها ، شريف صدقي ، أستاذ الفيزياء ، الذي قدم لها تدريبًا لمدة شهر في الغرفة النظيفة بالجامعة الأمريكية بالقاهرة.[1]

“قبل ذلك التدريب ، لم أكن أعرف أن الجامعة الأمريكية بالقاهرة لديها غرفة نظيفة ، وكانت هذه أول خطوة لي داخل مجال تكنولوجيا النانو. كانت في الجامعة الأمريكية بالقاهرة “. “كنت محظوظًة لامتلاك التعليم والمرافق والمعدات من حولي.”[1]

الخطوات التالية

حتى الآن ، تقيم فضالي في هولندا ، حيث طالبة دكتوراه في قسم الفيزياء التطبيقية مع مجموعة الأجهزة والمواد النانوية المتقدمة في جامعة أيندهوفن للتكنولوجيا. بعد أن درست في القاهرة ، وترعرعت في بني سويف ، وتابعت دراستها في التعليم العالي بدءًا من بلجيكا ، مروراً بالسويد والآن في هولندا ، تسمي نفسها “مشتتة” ، وأكثر من أي شيء آخر ، تفتقد “روح الشعب”. ودفء الحياة الاجتماعية في مصر “.[1]

للمضي قدمًا ، يكون البحث دائمًا هدفها. على وجه التحديد ، يكمن شغفها في فيزياء المواد وامتدادها إلى التطبيقات الصناعية. ومع ذلك فهي تخطط لسد الفجوة بين الأوساط الأكاديمية والصناعة قريبًا من خلال الانضمام إلى بيئة صناعية حيث ستكون قادرة على تطبيق النتائج التي توصلت إليها. ومع ذلك ، ليس هناك شك في أنها ترغب في العودة إلى مجال البحث والأوساط الأكاديمية في غضون بضع سنوات.[1]

“أحب البحث لقيمته. هذا هو كل ما أحلم به – الاستمرار في إضافة المعرفة العلمية بطريقة تفيد البشرية والمجتمع العلمي “، أكدت فضالي.[1]

ولكن دعونا الآن نسلط الضوء أكثر على بحث إلهام والسليكون.

المواد القائمة على السيليكون مع وجود فجوة نطاق مباشرة هي أفضل اختراقة في عالم الفيزياء لعام 2020

جائزة The Physics World 2020 لهذا العام تذهب إلى إلهام فضالي وآلان ديكسترا وإريك بيكرز من جامعة آيندهوفن للتكنولوجيا في هولندا ، وجنس رينيه سوكيرت في جامعة فريدريش شيلر في جينا في ألمانيا وفريق دولي لإنشاء مادة قائمة على السيليكون مع فجوة نطاق مباشرة تبعث الضوء بأطوال موجية تستخدم في الاتصالات الضوئية.

تمت الإشادة بتسعة إنجازات أخرى في أفضل 10 اختراقات لعام 2020.[2]

ليس من قبيل المبالغة القول إن العثور على مادة قائمة على السيليكون تنبعث منها ضوء مفيد كان الكأس المقدسة للإلكترونيات الضوئية. عادة ، يحتوي السيليكون على فجوة نطاق إلكترونية غير مباشرة ، مما يعني أنه لا ينبعث منه ضوء. نتيجة لذلك ، يجب أن يتكامل السيليكون مع مواد أشباه الموصلات الأخرى ذات فجوة النطاق المباشر لإنشاء الأجهزة الإلكترونية الضوئية التي تزود نبضات الضوء التي تحرك المعلومات على الإنترنت. في حين أن هذا التكامل ممكن ، إلا أنه صعب ومكلف.[2]

لإنشاء فجوة نطاق مباشرة ، كان على بيكرز وزملاؤه إيجاد طريقة لتنمية بلورات من سبيكة السيليكون والجرمانيوم ذات البنية البلورية السداسية ، بدلاً من الهيكل الشبيه بالماس المعتاد. فعلوا ذلك عن طريق صنع أسلاك نانوية من السبيكة ، والتي تنبعث منها الأشعة تحت الحمراء. بالإضافة إلى وجود تطبيقات في الاتصالات الضوئية والحوسبة الضوئية ، يمكن استخدام المادة الجديدة القائمة على السيليكون لإنشاء أجهزة استشعار كيميائية.[2]

ومع ذلك ، كما يشير بيكرز في المقابلة الصوتية أعلاه ، هناك المزيد من العمل الذي يتعين القيام به قبل استخدام المواد في الأجهزة العملية. على وجه الخصوص ، سيتعين على الفريق العمل على كيفية جعل المادة تنمو على الأسطح المستوية ، بدلاً من الأسلاك النانوية ، بحيث يمكن استخدامها في معالجة أشباه الموصلات على نطاق واسع.[2]

يتوقع بيكرز أن الفريق سيكون قادرًا قريبًا على إنشاء ليزر قائم على السيليكون. في النهاية ، يأمل أن يتم استخدام هذه المادة في تصنيع أشعة الليزر على شريحة يمكنها إنشاء إشارات ضوئية. يمكن أيضًا تصنيع المكونات الأخرى اللازمة لتحويل الإشارات الضوئية إلى إشارات إلكترونية والعكس صحيح ، بما في ذلك المضخمات الضوئية وأجهزة الكشف.[2]

في الواقع ، يمكن أن يؤدي الاختراق إلى عالم جديد من الفرص لأجهزة السيليكون.