عندما يفكر معظم الناس بالذهب، يتبادر إلى أذهانهم الجواهر أو الكنوز. ومع ذلك هناك الذهب الجديد على المستوى الذري. حيث يتصرف الذهب بطرق أكثر قيمة للعلم منه للأزياء.

الإبر الكمومية هل هي الذهب الجديد؟

تمكن باحثون من جامعة طوكيو من رصد الخطوات الأولى لنمو عناقيد نانوية ذهبية. وهي جسيمات مكونة من بضع عشرات من الذرات فقط. وهو أمرٌ ظل العلماء يسعون إليه لسنوات.

وعلاوة على ذلك، عثروا خلال هذه العملية على شكل جديد تمامًا. وهو عبارة عن مجموعات طويلة تشبه الإبر أطلقوا عليها اسم الإبر الكمية الذهبية.

وحسب الباحثين، تتفاعل هذه الإبر بقوة مع الضوء في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة. ويمكنها في يوم من الأيام أن تعمل على شحذ التصوير الطبي وصنع أجهزة تحول الضوء إلى طاقة بكفاءة أكبر.

بينما عادةً ما تُصنع العناقيد النانوية الذهبية، التي تحتوي على أقل من 100 ذرة، عن طريق منح أيونات الذهب إلكترونات إضافية.

فيما تحافظ جزيئات محيطة تسمى الربائط على استقرارها. تكمن المشكلة الكبرى في التحكم فيها. غالبًا ما تنمو هذه العناقيد بشكل غير متوقع، مما يجعل إنتاج أشكال أو أحجام محددة أمرًا شبه مستحيل.

يعرف الباحثون أن البنية تحدد كيفية تصرف مجموعات النانو، ولكن اللحظة التي تبدأ فيها البنية في التشكل ظلت مخفية.

على مدى السنوات الماضية، بذلت جهود كبيرة لفهم العلاقة بين بنية العناقيد النانوية وخصائصها الفيزيائية والكيميائية.

إبر الكم

ومع ذلك، تعتبر عملية التكوين بمثابة صندوق أسود، وفقًا لتاتسويا تسوكودا، أحد مؤلفي الدراسة وأستاذ الكيمياء بجامعة طوكيو .

في الوقت نفسه لحل هذا اللغز، استخدم الباحثون حيلة غير تقليدية. فقد أبطأوا عمدًا عملية النمو بتغيير ظروف التفاعل الاعتيادية. وهذا أتاح لهم فرصة نادرة لتجميد العناقيد في لحظاتها الأولى، قبل أن تتحول إلى أشكال أكثر استقرارًا.

ثم حللوا العناقيد الملتقطة باستخدام حيود الأشعة السينية أحادية البلورة، وهي تقنية تكشف بدقة عن موقع كل ذرة.

وكانت النتائج غير متوقعة. فبدلاً من أن تتشكل العناقيد بالتساوي في جميع الاتجاهات، نمت بشكل غير متساوٍ، وأسرع في بعض الاتجاهات من غيرها.

في حين إن الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أن الذرات رتبت نفسها في أشكال مستطيلة مبنية من وحدات متكررة من ثلاث ذرات ذهبية “ثلاثيات” وأربع ذرات ذهبية “رباعية”.

ولأن الإلكترونات داخل هذه الهياكل النحيلة لا يمكنها إلا أن تشغل حالات طاقة ثابتة، وهي سمة مميزة للسلوك الكمي،فقد أطلق عليها الفريق اسم “إبر الكم”.

وقال تسوكودا: “إن تشكيل الإبر بقاعدة مثلث مكون من ثلاث ذرات ذهبية بدلاً من مجموعة كروية تقريبًا هو اكتشاف مصادفة يتجاوز خيالنا بكثير”.

من خلال رسم خريطة النمو التدريجي للعناقيد النانوية. قدم مؤلفو الدراسة لمحةً نادرةً عن كيفية تكوّن لبنات البناء الذرية.

قد يؤدي هذا إلى تطوير أساليب جديدة لتشكيل عناقيد بأشكال وخصائص مرغوبة ، بدلاً من ترك النمو للصدفة.

وعلاوة على ذلك، قد تجد الإبر الكمومية نفسها استخدامات حقيقية في العالم الحقيقي بفضل قدرتها على التفاعل مع الضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء. وهي ميزة قيمة للتصوير الطبي الحيوي الأكثر وضوحاً وتحويل ضوء الشمس إلى طاقة قابلة للاستخدام.

ومع ذلك، فإن إنتاج هذه الإبر بأعداد كبيرة، وإجراء تعديلات عليها لاستخدامها في أجهزة عملية، سيتطلب جهدًا أكبر.

في النهاية، يخطط مؤلفو الدراسة الآن لصقل أساليبهم التركيبية، واستكشاف إمكانية صنع أشكال غير عادية أخرى من الذهب أو حتى معادن أخرى.

المصدر: interestingengineering