تا حالا به این فکر کردی چرا وقتی با لپ‌تاپت کلی بازی سنگین می‌کنی یا کلی تب تو کروم باز می‌کنی، دستگاهت داغ می‌شه و باتریش زود خالی می‌شه؟ یا چرا دیتاسنترهایی که انواع اطلاعات رو نگه‌داری می‌کنن، مثل سونا داغ می‌شن و کارشون خنک کردن این همه سیستم شده یه چالش اساسی؟ خب خبر خوب اینه که یه تیم دانشمند، واقعاً یه کار خفن کردن که شاید همه این داستان‌ها رو برای همیشه تموم کنه!
ماجرا از اون‌جایی شروع می‌شه که یه فناوری جدید به اسم “اپتو-اِکسایتونیک‌سوئیچ” (Optoexcitonic Switch) معرفی شده. حالا اگه اسمش برات عجیب بود، بگذار یه توضیح ساده بدم: این سوئیچ جدید قراره جای سوئیچ‌های الکترونیکی قدیمی رو بگیره. سوئیچ الکترونیکی همون قطعه‌ایه که جریان الکترون‌ها (که بار دارن) رو توی یه سیستم کنترل می‌کنه. این جریان بار باعث تولید گرمای اضافه می‌شه. واسه همینه که همیشه حرف از “اتلاف گرما” توی گجت‌ها می‌شه.
اما ماجرای “اپتو-اِکسایتونیک” چیه؟ اینجا دانشمندها از یه ذره عجیب به اسم “اِکسایتون” استفاده کردن. اِکسایتون یه جور شبه‌ذره‌ست (مثلاً شبه‌ذره یعنی یه چیزی که مثل ذره رفتار می‌کنه ولی کاملاً یه ذره فیزیکی نیست)، که وقتی یک الکترون توی اتم انرژی می‌گیره و از جاش می‌ره، یه حفره جاش می‌مونه. این دوتا با هم یه حالت بامزه به اسم اِکسایتون درست می‌کنن که بار خنثی داره، یعنی نه مثبت نه منفی. گفته باشم، چون بار ندارن، دیگه گرما تولید نمی‌کنن!
دانشمندها تونستن برای اولین بار این سوئیچ‌ها رو بسازن که با “اِکسایتون”ها کار می‌کنه و از نظر عملکرد، حتی از سوئیچ‌های نوری (فوتونیک) فعلی هم بهتر بود! فوتون هم یعنی همون ذره نور، که تو مدرسه خوندیم.
پاراگ دئوتوره (Parag Deotore)، یکی از استادای برق و فیزیک کاربردی توی دانشگاه، گفته: “هر بار توی دستگاه انرژی ذخیره می‌شه و بعد آزاد می‌شه، اون موقع گرما تولید می‌شه. اما اِکسایتون چون بار نداره، مثل فوتون، اصلاً این مشکل رو نداره.”
حالا چطور این سوئیچ کار می‌کنه؟ قضیه اینه که اکسایتون خودش نمی‌تونه مثل الکترون با فشار بار الکتریکی حرکت کنه. بنابراین دانشمندها یه راه زیرکانه پیدا کردن. اومدن از فوتون‌هایی که خودشون هم بار ندارن استفاده کردن تا اکسایتون‌ها رو توی یه خط صاف (یه جاده یک‌بعدی، بهش می‌گن ریج یا ridge) صف بکشن و به حرکت دربیارن. یعنی مثل این‌که نور به اکسایتون‌ها بگه: “بچه‌ها منورمون راه افتاد، راه بیفتید!”
اما اینجوری نبود که هر نوری جواب بده. باید دقیقاً به ضخامت خاصی از اون ماده می‌رسیدن که خودشون اسمشو گذاشتن “ضخامت جادویی”! اگه نور زیاد می‌شد، اکسایتون‌ها از مسیر خارج می‌شدن، اگه کم می‌شد، اصلاً راه نمی‌افتادن. خلاصه بعد کلی آزمون و خطا، اون نقطه طلایی رو پیدا کردن که نور و ماده انقدر خوب با هم تعامل پیدا کنن که اکسایتون‌ها آرام و مرتب حرکت کنن و اطلاعات رو جابه‌جا کنن.
توی همین آزمایش هم فهمیدن که رنگ اکسایتون توی خط کشیدن عوض می‌شه و این نشانه موفقیت‌شونه. پس به همین راحتی نشون دادن که ایده‌شون واقعاً کار می‌کنه.
نکته خفن‌تر اینه که این سوئیچ‌ها به‌قدری کوچیک‌تر از مدل‌های فعلی ساخته شدن (حدود ۱۰۰ برابر کوچیک‌تر!) که اگه یه روز بتونن این تکنولوژی رو همه‌جا پیاده کنن، دیگه واقعاً لپ‌تاپ، گوشی، دیتاسنتر و حتی کامپیوترهای کوانتومی (که خودشون دنیای جذابی دارن!) دیگه با مشکل داغی و حرارت اضافی روبه‌رو نمی‌شن.
هدف نهایی این پروژه اینه که با همین سوئیچ‌های اپتو-اِکسایتونیک، مدارهایی بسازن که جایگزین مدارهای الکترونیکی امروزی بشه. یعنی یه آینده بدون فن، بدون صدای وزوز، باتری‌هایی که خیلی بیشتر کار می‌کنن و دستگاه‌هایی که خیلی خنک‌تر و سریع‌ترن! البته تیم تحقیق گفته هنوز لازمه مواد جدید کشف کنن و روش‌های جدید بسازن تا این سوئیچ‌ها رو توی ابعاد صنعتی تولید کنن؛ اما امید دارن که این کار توی چند دهه آینده ممکنه راحت بشه.
پس خلاصه داستان این شد: شاید چند سال دیگه هر بار دیدی لپ‌تاپت دیگه داغ نمی‌کنه یا گوشی‌ت تو بازی طولانی گرما نمی‌ندازه، باید بدونی که دانشمندها با ساختن این سوئیچ جادویی پایه‌های انقلاب الکتریکی رو گذاشتن!
منبع: +
