جام جم آنلاین: داخل رادیوهای خیلی قدیمی را که بگردیم، لامپهای خیلی کوچکی پیدا خواهیم کرد. اینها در حقیقت لامپهای خلأ هستند؛ نسل پیشین ترانزیستورهای سیلیکونی.
هر چند لامپهای خلأ در دهه ۶۰ میلادی به سرنوشت دایناسورها دچار شدند، اما محققان در تلاشند با طراحی نسخه‌هایی به اندازه نانو از این لامپ‌ها، آنها را دوباره به کار بیندازند؛ چرا که سخت‌تر و سریع‌تر از ترانزیستورهاست. این نوع لامپ حتی در مقابل تشعشع‌های فراکهکشانی نیز مقاوم است.
این لامپ‌ها که ابتدای قرن گذشته میلادی اختراع شد، ساده‌ترین راه برای تقویت سیگنال‌های الکتریکی بود.
همانند لامپهای نوری، اینها هم از حباب‌های شیشه‌ای با یک رشته سیم نازک در مرکز تشکیل شده است اما بالای این رشته دو الکترود اضافه قرار دارد؛ ابتدا توری‌ای فلزی و در بالای حباب، سطحی شارژشده. رشته گرم شده جریان دائمی از الکترون‌هایی را منتقل می‌کند که توسط سطح با بار مثبت فلزی جذب می‌شود.
میزان جریان الکترون‌ها را می‌توان با شارژ متفاوت توری فلزی کنترل کرد (یعنی سیگنالی الکتریکی به این توری بدهیم).
به این ترتیب همانند خروجی بلندگوهای گرامافون قدیمی، جریان الکتریکی منتقل شده از رشته سیم به سطح فلزی قوی‌تر خواهد شد. در نتیجه سیگنال آمپلی‌فای شده و قابل انتقال به بلندگو خواهد بود.
لامپهای خلأ به لطف اختراع ترانزیستورها، مرگ آرامی را در دهه‌های ۵۰ و ۶۰ میلادی تجربه کردند. بخصوص قابلیت تولید انبوه ترانزیستورها هنگام تولید شیمیایی سیلیکون، این مساله را تشدید کرد.
ترانزیستورها کوچک، ارزان و بادوام‌تر بود، طوری که درون یک ریزتراشه جمع می‌شد و مقابل ورودی‌های پیچیده جواب‌های سریع‌تری می‌داد و می‌توانست به تولید رایانه‌های کوچک‌تر و قدرتمندتری منجر شود.
اما ترانزیستورها از همه جهات بهتر نیستند؛ زیرا الکترون‌ها در جامدات آهسته‌تر از محیط خلأ حرکت می‌کنند و این یعنی ترانزیستورها عموما کندتر از لامپهای خلأ هستند؛ در نتیجه رایانش آنچنان که باید و شاید سریع نخواهد بود. در ثانی، نیمه‌هادی‌ها در مقابل تشعشع زیاد آسیب‌پذیر هستند و ساختار اتمی سیلیکون چنان تغییر می‌کند که الکترون‌ها دیگر قادر به حرکت درون این مواد نیست.
در حال حاضر این موضوع مشکل بزرگی برای امور نظامی و ناسا محسوب می‌شود؛ چرا که این فناوری نمی‌تواند بدرستی در فضا (که تشعشع در آنجا زیاداست) کارایی داشته باشد.
میا میاپان، مهندس مرکز تحقیقات Ames در مافلد فیلد کالیفرنیا معتقد است: ناسا از همان رایانه‌هایی استفاده می‌کند که مردم عادی آن را به کار می‌برند، اما نه دقیقا یکسان. سال‌ها زمان می‌برد تا یک رایانه را در مقابل تشعشع مقاوم کنند. در غیر این صورت اگر یک رایانه عادی را درون یک سفینه بگذاریم، بسرعت خراب می‌شود و دیگر کار نخواهد کرد.
این دستگاه جدید، چیزی میان ترانزیستورهای امروزی و لامپهای خلأ گذشته نه چندان دور است. اندازه آن کوچک است و بسادگی تولید می‌شود، اما سریع و ضدتشعشع است. میاپان که از توسعه‌دهندگان پروژه لامپهای خلأ نانو است، می‌گوید این لامپ‌ها با ایجاد حفره‌ای در سیلیکون‌های فسفری تولید می‌شود.
این حفره را سه الکترود پوشانده است: منبع، دروازه و جداره آن. منبع و جداره فاصله‌ای ۱۵۰ نانومتری از یکدیگر دارند و دروازه بر راس این حفره نصب می‌شود. الکترون‌ها از منبع به جداره منتقل شده و دروازه انتقال این الکترون را کنترل می‌کند.
در مقاله‌ای که این گروه در نشریه Applied Physics Letters منتشر کرد، میاپان و همکارانش معتقد بودند لامپهای خلأ می‌تواند در فرکانس تا ۰٫۴۶ تراهرتز فعالیت کند. این فرکانس در حال حاضر ۱۰ برابر سریع‌تر از بهترین ترانزیستورهای سیلیکونی است.
لامپ تولیدی این گروه، نخستین تجربه در مینیاتوری کردن لامپهای خلأ نیست. این گروه پیش از این موفق به تولید لامپ خلأ کامل نشده بود. فضای میان منبع و جداره آنقدر کوچک است که احتمال برخورد الکترون‌ها با اتم‌های هوا در آنها بسیار اندک است. از این رو، امکان تولید انبوه این لامپ‌ها بیشتر می‌شود.
کریستل فوبلتز، مهندس الکترونیک کالج ایمپریال لندن با این موضوع موافق است: طراحی لامپهای خلأ درون یک نیمه‌هادی می‌توانند هزینه ساخت زیادی در برداشته باشد.
اما وی معتقد است لامپهای خلأ نانو هنوز به مرحله آزمایش نرسیده و در حد یک طرح باقی مانده است. البته یک دلیل آن به محیط رایانه‌های امروزی برمی‌گردد، ترانزیستورها برای کار‌کردن تنها به یک ولت انرژی الکتریکی نیاز دارد، در صورتی که لامپهای خلأ نانو با کمتر از ۱۰ ولت کار نمی‌کند.
اما پتانسیل این لامپ‌ها بسیار بالاست. نسل نوین لامپهای خلأ برای استفاده‌های نظامی و فضایی بسیار مفید است و زمان و هزینه بسیار کمتری در مقایسه با ترانزیستورهای فعلی مصرف می‌کند. همچنین فناوری تراهرتز، این لامپ‌ها را یک قدم جلوتر از ترانزیستورها قرار می‌دهد. این فناوری می‌تواند برای اسکن دقیق اشیاء (در حد تشخیص ساختار مولکولی) به‌کار رود.
به عقیده میاپان، لامپهای خلأ نانو دوباره به تولید انبوه خواهد رسید. با ترکیب مدارهای مجتمع و لامپهای خلأ می‌توان به نسل نوینی از سخت‌افزارهای رایانه‌ای رسید.
محمدرضا قربانی
منبع: Sciencemag.org
jamejamonline.ir – 22 – RSS Version