تتيح الطريقة التي تم تطويرها في معهد وايزمان إنتاج بصمات كيميائية نانوية في مجموعة كبيرة من الأبعاد - من النانو إلى الماكرو، باستخدام شعاع إلكتروني يستهدف مناطق سطحية محددة مسبقًا
ونظرًا لحقيقة أننا لا نستطيع تقليص حجم أنفسنا إلى حجم جزيء أو ذرة، فكيف سندخل بوابات الأرض الموعودة لأصغر الأجهزة - الأجهزة النانوية؟ إن مثل هذه الأجهزة الصغيرة، التي تتمتع بسعة بيانات هائلة وإمكانيات أخرى مثيرة، هي بالفعل وعد المستقبل، ولكن دمجها في العالم الكبير الذي نعيش فيه يمثل تحديًا كبيرًا. لقد طور علماء معهد وايزمان مؤخرًا طريقة جديدة قد تسد الفجوة الهائلة بين العالم الكبير (الماكرو) والعالم الصغير (النانو) من خلال الطباعة الكيميائية.
بداية المشروع كانت ملاحظة مفاجئة في مختبر البروفيسور يعقوب سيغيف في قسم المواد والأسطح. كجزء من التجارب على الهياكل الجزيئية ذات الطبقات، كشفت عالمة الكلية الدكتورة ريبيكا معوز لشعاع الإلكترون عن بنية تتكون من ركيزة من السيليكون مغلفة بطبقة واحدة (طبقة ذاتية التجميع بسمك جزيء واحد) من مادة تشبه الصابون. المادة، وفوق ذلك طبقة رقيقة من البوليمر تحتوي على الأكسجين. في ظل الظروف العادية، تتقشر طبقة البوليمر بسهولة من الطبقة الأحادية الأساسية، ولكن بعد التعرض لشعاع الإلكترون، تظل الطبقتان ملتصقتين معًا. ووجد العلماء تفسيرا لهذا الاكتشاف غير المتوقع، وهو أن التعرض لشعاع الإلكترون أدى إلى تغير كيميائي على سطح الطبقة الأحادية نتيجة تفاعل الأكسدة في التماس بين الطبقتين وطبقة البوليمر.
كما ورد في المجلة العلمية ACS Nano، فقد ضم فريق الباحثين أيضاً الدكتور جوناثان بيرسون، والدكتور دورون بورستين، والدكتور بيتر نيلسون وأرييل سينجر من قسم المواد والأسطح، والدكتورة أورا بيتون من القسم. البنية التحتية للبحوث الكيميائية، تم تطويرها بناءً على اكتشاف طريقة مبتكرة لإنشاء المطبوعات النانوية. ضمن هذه الطريقة، يتم توجيه شعاع الإلكترون إلى مناطق محددة مسبقًا من السطح ويستخدم لإنشاء مطبوعات كيميائية صغيرة جدًا على السطح. إن التحكم الدقيق في اتجاه شعاع الإلكترون، باستخدام المعدات المصممة لهذا الغرض، سمح للعلماء بإنتاج مطبوعات معقدة على سطح الطبقة الأحادية. يمكن التعرف على البصمات الصغيرة التي تم إنشاؤها بواسطة هذه العملية ومراقبتها باستخدام مجهر القوة الذرية.
حتى أن العلماء وجدوا أن هذه ليست حالة خاصة لنفس البوليمر، وأن طبقات رقيقة من مواد إضافية، بما في ذلك المعادن، يمكن استخدامها كمحفز للتغيرات الكيميائية باستخدام شعاع الإلكترون. وفي وقت لاحق، أصبح من الواضح أيضًا أن التغيرات الكيميائية الإضافية يمكن أن تحدث في عملية مماثلة على أنواع مختلفة من الأسطح. تشير هذه النتائج إلى أن الطريقة المطورة لديها إمكانات واسعة لإنشاء بصمات نانوية كيميائية لأغراض مختلفة. على سبيل المثال، هكذا يمكن إنتاج نوع جديد من الدوائر الإلكترونية ذات السماكة الجزيئية، حيث يتم عزل المسارات السطحية الموصلة للتيار الكهربائي عن بعضها البعض عن طريق مناطق غير موصلة.
إن إنشاء تغييرات كيميائية يمكن التحكم فيها في مناطق مختارة من الطبقة الخارجية للذرات على سطح مادة صلبة - دون التسبب في تغييرات في المناطق القريبة أو في الطبقات الأعمق - هو أسلوب جديد تمامًا لإنشاء المطبوعات النانوية، وله مزايا فريدة. تعمل الطرق الحالية لإنشاء المطبوعات النانوية باستخدام شعاع الإلكترون بإحدى طريقتين: العمليات التدميرية التي يتم فيها "الحفر" داخل المادة، أو بدلاً من ذلك، العمليات التي تتم فيها إضافة مواد أخرى إلى سطح مادة معينة. في كلتا الحالتين، في هذه العملية، يتم إنشاء عيوب هيكلية حتمًا في التماس بين مناطق مختلفة من الطباعة. وفي المقابل، فإن الطريقة الكيميائية التي تم تطويرها هي طريقة غير غازية وغير مدمرة؛ فهو يتيح إنشاء مطبوعات خالية من العيوب، دون "فواصل" بين مناطق الطباعة المختلفة - وهي ميزة مهمة في العديد من التطبيقات، وضرورية بشكل خاص في إنشاء الدوائر الإلكترونية.
وبنفس القدر من الأهمية: الطرق الأخرى لإنشاء المطبوعات النانوية تعمل فقط على المقياس النانوي. وهذا يعني أن هناك حاجة إلى تقنيات إضافية لربط الأجهزة النانوية التي تنتجها هذه الأساليب بالعالم الكلي. ويطرح إنشاء هذه الأنواع من الاتصالات تحديات تكنولوجية صعبة، ومجرد وجودها يمكن أن يؤدي إلى إخفاقات متعددة. ومن ناحية أخرى، باستخدام الطريقة الكيميائية الجديدة، من الممكن إنتاج مطبوعات في نطاق كبير من الأبعاد، من النانو إلى الماكرو، بحيث يمكن لنفس التكنولوجيا أن تنجح في سد الفجوة بين العالمين.
