العمارة القزمة

تعلمنا الطبيعة مدى أهمية الهندسة المعمارية. المواد المصنوعة من نفس العنصر الكيميائي، ولكنها مختلفة في تركيبها، يمكن أن تكون مختلفة جدًا عن بعضها البعض بحيث يصعب تصديق أن مكوناتها متطابقة. على سبيل المثال، يتكون كل من الماس والجرافيت من الكربون فقط، ولكنهما يختلفان في تركيبهما الذري. وتسمى هذه الأشكال الهيكلية لنفس العنصر المتآصلة. مثلتم الإبلاغ عنها مؤخرًا في المجلة العلمية علوم، مجموعة بحثية بقيادة البروفيسور. رافائيل كلاين من قسم الكيمياء العضوية في معهد وايزمان، ابتكروا متآصلات غير موجودة في الطبيعة. تختلف هذه المواد عن بعضها البعض ليس على مقياس الذرات ولكن على مقياس النانو: أي في بنية المكونات - التي تكون أكبر بـ 10 إلى 100 مرة من الذرات الفردية. قد تؤدي هذه المتآصلات للمواد النانوية، والتي تسمى المتآصلات النانوية، إلى تطوير أجهزة إلكترونية متناهية الصغر والعديد من التطبيقات الأخرى.

بالتعاون مع باحث ما بعد الدكتوراه الدكتور تومو أوديابهاسكارارو، وأعضاء آخرين في المجموعة من معهد وايزمان وبالتعاون مع علماء من الولايات المتحدة وإسبانيا وبلجيكا، طور البروفيسور كلاين طريقة من خطوتين لإنشاء المتآصلات النانوية. في الخطوة الأولى، قام الباحثون بخلط جزيئات نانوية من الذهب وأكسيد الحديد في المحلول، مما تسبب في تنظيم الجسيمات ذاتيًا في طبقة بلورية فوق السائل. وفي الخطوة الثانية، قام العلماء بتعريض الطبقة لشعاع المجهر الإلكتروني، ثم غمروها في الحمض. أدى الغمر إلى إزالة أكسيد الحديد، ولم يتبق سوى شبكة من جزيئات الذهب.

واكتشف الباحثون أنه عندما تم خلط نوعين من جزيئات النانو بنسب مختلفة، تم الحصول على شبكات مختلفة. وفي كل مرة تتم فيها إزالة أكسيد الحديد، يتم الحصول على شبكة نقية من جسيمات الذهب النانوية ذات بنية داخلية مختلفة - أو بعبارة أخرى، متآصلة نانوية مختلفة من الذهب. يمكن التحكم بدقة في بنية المتآلئ النانوي من خلال التغييرات في النسبة بين نوعي الجسيمات.

"تختلف هذه المواد عن بعضها البعض ليس بمقياس الذرات ولكن بمقياس النانو: أي في بنية المكونات - التي تكون أكبر بـ 10 إلى 100 مرة من الذرات الفردية"

أصبح من الواضح لاحقًا أنه، تمامًا مثل المتآصلات الكلاسيكية، تختلف المتآصلات النانوية أيضًا بشكل كبير عن بعضها البعض. وهكذا، على سبيل المثال، فقد اختلفوا في خصائصهم البصرية، وربما أيضًا في موصلية تيار الإلكترون. على الرغم من أن البحث تم باستخدام جزيئات الذهب النانوية، إلا أنه يمكن تطبيقه أيضًا على مواد أخرى.

وقد تساعد الطريقة الجديدة في تطوير أجهزة إلكترونية أصغر من تلك الموجودة في السوق. اليوم، يتم إنتاج الدوائر التي تقود الإلكترونات في الاتجاه المطلوب عن طريق الطباعة الحجرية التي تستخدم شعاع الإلكترون، وهي تقنية مكلفة للغاية ومحدودة من حيث الدقة. إن إنتاج الدوائر الإلكترونية من خلال التجميع الذاتي للجسيمات النانوية قد يقلل من التكاليف، ويجعل من الممكن بناء أجهزة أصغر من تلك المنتجة بالطرق الحالية. تطبيقات أخرى محتملة: باستخدام المتآصلات النانوية، من الممكن بناء طبقة بها ثقوب ذات حجم محدد للترشيح، أو بدلاً من ذلك، ركيزة تعمل على تسريع التفاعلات الكيميائية، على سبيل المثال، من أجل تدمير الملوثات وتنقية المياه. يقول البروفيسور كلاين: "تتيح طريقتنا تصميم متآصلات نانوية مستقرة ومقاومة كيميائيًا ببنية محددة مسبقًا، ويمكن تطبيقها على العديد من المعادن وأشباه الموصلات".

كما شارك في الدراسة الدكتورة رونيت بوبوفيتز والدكتور لوثار هوبين من قسم البنى التحتية للبحوث الكيميائية بمعهد وايزمان، بالإضافة إلى باحثين من جامعة أنتويرب في بلجيكا، من مركز البحوث التعاونية للمواد الحيوية في إسبانيا، من من جامعة تكساس في إل باسو، ومن جامعة إلينوي في شيكاغو في الولايات المتحدة.

#أرقام_علمية

1,500,000 - عدد البلورات النانوية في أكبر مجموعة خالية من العيوب والتي يتم الحصول عليها من خلال التنظيم الذاتي للجسيمات النانوية ذات الأحجام المختلفة