أهم مخترع لم تسمعوا به من قبل

غير ستانفورد أوفشينسكي حياتكم، وقد لا يزال التأثير الكامل لتألقه قادمًا

عندما وصفت مجلة الإيكونوميست ستانفورد أوفشينسكي “أديسون عصرنا”، ربما كان الإسم غير مألوف لمعظم الناس، لكن المقارنة كانت ملائمة. مثل اديسون، كان أوفشينسكي مخترعًا ذاتيًا وافرًا. ومن بين أكثر من 400 براءة اختراع كانت تلك الخاصة ببطارية هيدريد النيكل والمعدن، والتي لا تزال تعمل بالكثير من السيارات الهجينة، ولأسلوب إنتاج الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة وبتكلفة ميسورة.

وقد خرجت هذه التقنيات والعديد من التقنيات الأخرى من مختبر R & D الرائع الخاص بـ Ovshinsky، وهي أجهزة تحويل الطاقة (ECD)، وهو مصنع اختراع مثل مصنع أديسون ومع ذلك، يبدو الآن أن إرث أوفشينسكي الأكثر ديمومة سيكون شيئًا حققه قبل تطور هذا المصنع، عندما كان يعمل مخترعًا مستقلًا معزولًا – وعلى خلاف إبداعات إديسون، فقد جاء من اكتشاف علمي أساسي قام به بنفسه.

بدأ Ovshinsky كميكانيكي ومصنع أدوات في محلات ومصانع Akron، أوهايو ، حيث ولد في عام 1922. كان أول اختراع له مبتكرًا مبتكرًا في عام 1946، وواصل استخدام الأتمتة في الأجهزة الأخرى. على إثر مبدأ علم التحكم الآلي لـ Norbert Wiener، الذي ينظر إلى الأنظمة ذاتية التنظيم في الآلات والكائنات، تابع التناظرات بين أجهزة التحكم في الماكينة والأنظمة العصبية المتحركة، والتي أدت إلى اختراع مفتاح كهروميكانيكي قوي في عام 1959.

اعتمد هذا الجهاز على أفلام أكسيد رقيقة تغطي أقطابه التنتالوم، والتي كانت لـ Ovshinsky التماثلية لأغشية الخلايا العصبية. عندما منعته تسوية دعوى قضائية مع شريك سابق من استخدام نفس المواد في تطوير هذا المفتاح، بدأ Ovshinsky بحثًا منهجيًا عن مواد جديدة، وهو بحث أدى إلى اكتشافه الأكثر أهمية.

وقد ركز على chalcogens، عناصر مجمعة تحت الأكسجين في الجدول الدوري (أي، الكبريت، السيلينيوم، التيلوريوم، البولونيوم) وجربت أفلام رقيقة من التيلوريوم مخلوط بالعناصر المجاورة مثل الزرنيخ والأنتيمون.

كانت النتيجة، في عام 1961 هي ما يُعرف الآن باسم “تأثير أوفشينسكي” – وهو تقريبًا فوري وقابل للانعكاس بين الحالات المقاومة والموصلة. وقد أسفر هذا التأثير عن تبديل عتبة تم تشغيله أو إيقاف تشغيله عند وصول التيار الكهربائي أو انخفاضه إلى أقل من مستوى معين.

كما أنها أسفرت عن وجود ذاكرة كهربائية ثنائية الثبات، وهي عبارة عن مفتاح يبقي موصلًا حتى يعيده نبضٌ أقوى إلى حالة المقاومة. كانت هذه الأجهزة شبه الموصلة تتألف من مواد غير متبلورة (غير بلورية)، وهو إنجاز لم يكن ممكناً.
في ستينيات القرن العشرين، تناولت فيزياء الحالة الصلبة بشكل حصري تقريبا البلورات، وكان يعتقد أن أجهزة شبه الموصلات مثل الترانزستور يمكن أن تصنع من مواد بلورية فقط. بعد الخروج من التناقض مع الافتراضات العلمية الحالية، قوبل اكتشاف أوفشينسكي بمقاومة أولية عنيفة، لكن مع مرور الوقت أصبح مقبولاً.

إن الأهمية العلمية والتجارية المتزايدة للمواد غير المتبلورة والمضطربة هي جزء من إرث أوفشينسكي، ولكن هناك أيضًا مساهمة أكثر تحديدًا لا تظهر إلى الآن. تم تغيير ذاكرة تغيير الطور، والتي تعمل من خلال التغيير من غير متبلور إلى الحالة البلورية والعودة كذلك، كان ذلك نجاح لأول مرة في إصدار بصري، حيث أدت نبضة الليزر إلى التغيير، من خلال ارساء أساس الأقراص المضغوطة القابلة لإعادة الكتابة وأقراص DVD. كانت هذه الاستخدامات في 1980s، ولكن تطوير النسخة الكهربائية من الذاكرة استغرق وقتًا أطول من ذلك بكثير.

لتحقيق النجاح كتقنية معلومات، كان على ذاكرة تغيير الطور تحسين أدائها. تم إنجاز تخفيض متطلبات الطاقة الخاصة به من خلال العديد من التعديلات الصغيرة، في حين أن زيادة سرعته جاءت من تقدم كبير واحد.

أسفرت الأبحاث على الذاكرة الضوئية عن سبيكة كالكوجينيد (Ge2Sb2Te5) مع سرعة تبديل سريعة جدًا. يعتقد Ovshinsky أن السبيكة ستعمل بشكل أفضل في الذاكرة الكهربائية، كما أكدت التجارب التي أجراها موظفوها بشكل مذهل.

ولكن حتى مع هذا النجاح، واجهت ذاكرة تغيير الطور المنافسة القوية للذاكرة المحمولة، التي استثمرت فيها شركات تصنيع الرقائق بكثافة. كان تغيير الطور متفوقًا بشكلٍ واضح: أسرع بكثير، ويتطلب طاقة أقل بكثير. لكنه كان أيضا أكثر كلفة، وما يريده السوق، كما لاحظ أحد علماء Ovshinsky، هو “رخيص وجيد بما فيه الكفاية.” لفترة طويلة، كانت ذاكرة الفلاش رخيصة وجيدة بما فيه الكفاية.

عندما توفي Ovshinsky في عام 2012، كانت ذاكرة تغيير الطور لا تزال تنتظر وقتها. كان الباحثون في هذا المجال يعرفون أن ذاكرة الفلاش الموجودة في السيلكون ستصل في النهاية إلى الحد الأقصى للتخفيض، و أن ذاكرة تغير طور الكلكووجينيد، التي تعمل بشكل أفضل عندما تتناقص، ستحل محلها.

يعتقد معظم الناس أن هذا قد يستغرق عقودًا. لذا كان من المفاجئ عندما أعلنت إنتل وماكرون في عام 2015، اللذان اكتسبتا براءات اختراع أوفشينسكي، رقاقاتها الثلاثية الأبعاد XPoint ، واصفا إياها بأنها “طفرة كبيرة في تكنولوجيا معالجة الذاكرة وأول فئة ذاكرة جديدة منذ إدخال فلاش NAND في عام 1989”. ومع ظهور المزيد من التفاصيل حول الشريحة، أصبح من الواضح أنها استندت إلى تقنية تغير طور Ovshinsky واستخدمت التصميم بشكل أساسي تمامًا كما كان الباحثون قد أنشأوه قبل عدة سنوات.