الحرارة تنتشر عادة، لكن العلماء جعلوها تسير في مسارات محددة عند درجة الغرفة

تتصرف الحرارة داخل الشريحة عادة مثل ماء انسكب على سطح، فتنتشر ويصعب التحكم فيها حتى تبدأ بتقييد الأداء. لكن فريقاً تقوده جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس رصد سلوكاً مختلفاً، إذ تحركت الاهتزازات الحاملة للحرارة داخل بلورة من زرنيخيد البورون عبر مسارات واضحة عند درجة الغرفة.

الرقم الأهم
استمر السلوك الموجه لمسافة لا تقل عن ميكرومتر واحد، وهي مسافة ذات معنى داخل المكونات الإلكترونية المجهرية.

لماذا تبدو النتيجة غير مألوفة؟

في المواد العادية وعند درجات الحرارة اليومية، تتصادم اهتزازات الذرات مراراً، فتنتشر الحرارة في اتجاهات متعددة. أما عند درجات شديدة الانخفاض، فقد تحتفظ تلك الاهتزازات باتجاهها وتظهر في مسارات مركزة.

تسمى الظاهرة تركيز الفونونات (Phonon Focusing). والفونونات وصف كمي لحركة الطاقة عبر شبكة الذرات، وليست جسيمات منفردة تطير في فراغ. الجديد هنا أن الباحثين رصدوا الظاهرة عند درجة الغرفة، لا بالقرب من الصفر المطلق.

استخدم الفريق تقنية ترسم الحرارة على مقياس نانوي. أعطت المواد التقليدية دوائر حرارية متوقعة، بينما ظهرت في زرنيخيد البورون أشعة واضحة. ونشرت النتيجة في دورية Nature Physics في 23 يوليو 2026.

البلورة ترسم الطريق

يمتلك زرنيخيد البورون قدرة عالية على نقل الحرارة، كما تسمح بنيته لبعض الاهتزازات بالسفر قبل أن تتشتت. ولهذه البنية اتجاهات مفضلة، ولذلك تغير شكل المسارات عندما غيّر الفريق اتجاه سطح البلورة.

ظهرت أنماط رباعية وسداسية وثمانية الأضلاع، وتوافقت مع حسابات بدأت من خصائص المادة الذرية. هذا التطابق مهم لأنه يقلل احتمال أن تكون الصور مجرد أثر جانبي لأداة القياس.

يمكن تشبيه الفكرة بالألياف البصرية التي توجه الضوء في مسار محدد. لا يزعم الباحثون أنهم صنعوا كابلاً جاهزاً للحرارة، لكنهم أظهروا أن البلورة نفسها تستطيع تحديد اتجاه انتقال الطاقة.

لماذا قد يهتم مصممو الشرائح؟

تضع المعالجات الحديثة قدرة حاسوبية متزايدة في مساحة أصغر. تؤدي النقاط الساخنة إلى خفض السرعة وتقليل عمر المكونات، كما تدفع مراكز البيانات إلى إنفاق طاقة كبيرة على التبريد.

تعالج أغلب التقنيات الحالية الحرارة بعد انتشارها، بواسطة المراوح أو السوائل أو المبددات الحرارية. أما توجيهها من المصدر فقد يسمح مستقبلاً بإبعادها عن الأجزاء الحساسة أو دفعها نحو منطقة مخصصة لجمعها.

قد تخدم الفكرة مسرعات الذكاء الاصطناعي والأجهزة الضوئية ومعدات الفضاء وأجهزة الاستشعار الكمية. لكن الانتقال من بلورة مخبرية إلى شريحة حقيقية ليس خطوة صغيرة، فالواجهات والعيوب والتصميمات المعقدة قد تضعف السلوك المرصود.

ما الخطوة التالية؟

سيختبر الباحثون بقاء الظاهرة في الطبقات الرقيقة والهياكل المصممة والواجهات مع مواد أشباه الموصلات الشائعة. كما يمكنهم دراسة ما إذا كان اختيار اتجاه البلورة يسمح بتحويل مسار النقاط الساخنة داخل جهاز حقيقي.

لا تلغي النتيجة المراوح أو المبددات الحرارية. أهميتها أنها تغير السؤال نفسه، فالحرارة عند درجة الغرفة لا تضطر دائماً إلى الانتشار بلا سيطرة، وقد تمنحها المادة المناسبة طريقاً محدداً.