دور البيروفسكايت في الحوسبة الكمية والإلكترونيات الضوئية

مقدمة

في السنوات القليلة الماضية، تم إيلاء الكثير من الاهتمام لمواد البيروفسكايت. وتميزها بنيتها البلورية الخاصة عن العديد من المواد التقليدية. ومنذ ذلك الحين لوحظ أن هذه المواد يمكنها التعامل مع الضوء والكهرباء بطرق لا تستطيع المواد الأخرى التعامل معها.

البيروفسكايت في الحوسبة الكمية

الحوسبة الكمية هي مجال جديد سريع التطور من مجالات العلوم التي تستخدم فيها المبادئ الكمية لمعالجة المعلومات. وفي الوقت الحاضر، بدأ البحث النشط عن البيروفسكايت في هذا الاتجاه. تفتح خصائصها إمكانيات جديدة لخلق أجهزة كمومية فعالة.

--كيف يتم استخدام مواد البيروفسكايت لإنشاء نقاط كمية فعالة

إحدى التطبيقات المثيرة للاهتمام هي النقاط الكمومية. حيث يصنع الباحثون نقاطًا صغيرة باستخدام مواد البيروفسكايت. تُظهر هذه النقاط مستويات طاقة حادة وخطوطاً ضيقة باعثة للضوء. وبعبارة عامة، يمكن للنقطة الكمومية المصنوعة من مادة البيروفسكايت أن تبعث لونًا واحدًا فقط بدقة عالية. وفي بعض التجارب، قام العلماء بقياس درجة السطوع والكفاءة التي تفي بأداء المواد الأخرى أو حتى تتجاوزها. هذه النقاط الكمومية هي لبنات بناء لأنظمة كمومية أكثر تعقيدًا.

-- الحوسبة الكمية القائمة على البيروفسكايت

الاتجاه الآخر هو الحوسبة الكمية باستخدام البيروفسكايت. الكيوبت هو اللبنة الأساسية للمعلومات الكمية. ويمكن استخدام مواد البيروفسكايت لإنشاء هذه الكيوبتات والتلاعب بها. وتسمح هذه المواد بدرجة من التلاعب تعتبر صعبة للغاية بالمقارنة مع المواد الأخرى. وقد أشار الباحثون إلى حقيقة أنه في ظروف معينة، تُظهر البيروفسكايت أوقات تماسك طويلة بما فيه الكفاية. ما يعني أنه يمكن الحفاظ على الحالة الكمية للكيوبت المصنوع من البيروفسكايت لفترة أطول. وبالتالي، تبرز البيروفسكايت كمرشحين بارزين لتطوير بتات كمومية مستقرة.

-- مزايا مواد البيروفسكايت

لا تقتصر مزايا مواد البيروفسكايت على كفاءتها. فهي واعدة للغاية فيما يتعلق بالتماسك الكمي والاستقرار. وهذه عوامل مهمة في الحوسبة الكمية. أظهرت العديد من التجارب إمكانية عمل هذه المواد بشكل ممتاز في درجات الحرارة المنخفضة. وحتى عندما يتم دمجها مع تقنيات الحوسبة الكمومية التقليدية، مثل الكيوبتات فائقة التوصيل والكيوبتات القائمة على الدوران، تحافظ البيروفسكايت على مستوى أداء عالٍ. وتجري حاليًا دراسة الأنظمة الهجينة، حيث يتم دمج البيروفسكايت مع الأساليب المعمول بها. ومن شأن هذه الأنظمة أن تؤدي إلى حواسيب كمومية أكثر قوة وتنوعًا.

البيروفسكايت في الإلكترونيات الضوئية

الإلكترونيات الضوئية هي دراسة الأجهزة التي تولد الضوء أو تكتشفه. وحاليًا، أحد المواضيع الساخنة في الوقت الحالي هو مواد البيروفسكايت. تسمح خصائص هذه المواد ببناء أجهزة تعمل بكفاءة أكبر وبطاقة أقل.

وتعد أجهزة الكشف الضوئي من بين الأجهزة الرئيسية التي تستفيد من مواد البيروفسكايت. فهي تقوم في الأساس بتحويل الضوء إلى إشارة كهربائية. في كثير من الحالات، تُظهر أجهزة الكشف الضوئي البيروفسكايت حساسية عالية مع أوقات استجابة أسرع مقارنةً بأجهزة الكشف التقليدية القائمة على السيليكون. وقد لوحظ أن هذه الكواشف الضوئية في البيئات المختبرية الخاضعة للتحكم الجيد قادرة على اكتشاف مستويات الضوء المنخفضة. وتُستخدم في التطبيقات المتعلقة بالتصوير بالرؤية الليلية وأجهزة الاستشعار الطبية الحيوية. تسمح المعالجة البسيطة لمحلول البيروفسكايت للباحثين ببناء كاشفات ذات مساحة كبيرة دون معدات باهظة الثمن.

بعد ذلك، دعونا نناقش بعد ذلك الصمامات الثنائية الباعثة للضوء أو مصابيح LED. بشكل عام، جذبت مصابيح LED القائمة على البيروفسكايت انتباه العديد من العلماء. وغالبًا ما تُظهر هذه المصابيح سطوعًا أفضل وضبطًا فعالاً للألوان. ولا يقتصر الأمر على أن الضوء المنبعث من هذه الأجهزة ساطع فحسب، بل إنه نقي اللون أيضًا. وفي بعض الحالات، يمكن ضبط لونها بدقة من خلال تعديل تركيبة طبقة البيروفسكايت. وهذا يبشر بأجهزة لتكنولوجيا العرض الحديثة وحتى الإضاءة الزخرفية البسيطة. وبفضل عملية التصنيع منخفضة التكلفة، تنافس مصابيح البيروفسكايت LEDs مع التقنيات التقليدية.

ومن التطبيقات الواعدة الأخرى في مجال الإلكترونيات الضوئية الليزر. وقد تم الإبلاغ عن كفاءة عالية وقدرات عتبة منخفضة لليزر البيروفسكايت؛ أي أنها يمكن أن تولد ضوء الليزر مع طاقة إدخال منخفضة. هذه الليزرات مناسبة للاتصالات البصرية وأنظمة العرض المتقدمة. في التجارب، أظهرت ليزرات البيروفسكايت عرض خط ضيق ومخرجات مستقرة لظروف تشغيل مختلفة. كما أن توافقها مع الركائز المرنة يفتح الباب أمام الأجهزة القائمة على الليزر القابلة للارتداء.

وتستفيدالخلايا الشمسية أيضًا من مواد البيروفسكايت. فقد حققت خلايا البيروفسكايت الشمسية كفاءات تحويل أعلى من تلك التي تحققها العديد من الخلايا الشمسية التقليدية ذات الأغشية الرقيقة. وقد حدد عدد من المجموعات البحثية كفاءات تصل إلى ما يقرب من 25 في المئة في التجارب المختبرية. تعمل هذه الخلايا الشمسية عن طريق تحويل الضوء إلى طاقة كهربائية من خلال الامتصاص. إن تكلفة المعالجة المنخفضة وسهولة التحضير تجعل هذه الخلايا مناسبة للتطبيقات التجارية المستقبلية المتعلقة بأجهزة الطاقة الشمسية. وقد يضمن هذا التقدم في منشآت حضرية محددة وأماكن خارج الشبكة آفاقًا أفضل لخيارات طاقة أكثر استدامة.

قراءة ذات صلة: تطبيقات مسحوق البيروفسكايت

الأسئلة المتداولة

س: ما الذي يميز مواد البيروفسكايت؟

س: تمتلك هذه المواد نوعًا خاصًا من التركيب البلوري الذي يسمح بسهولة ضبط الخصائص الإلكترونية والتعامل مع الضوء.

و: كيف تعمل النقاط الكمومية للبيروفسكايت؟

س: تبعث الضوء عند أطوال موجية محددة ويمكن تصميمها لإظهار كفاءة عالية في الأجهزة الكمية.

و: هل يمكن لخلايا البيروفسكايت الشمسية منافسة الألواح الشمسية التقليدية؟

ج: نعم، فهي توفر كفاءات تحويل عالية ويسهل إنتاجها بتكلفة أقل.