تغطية شاملة

أشباه البلورات التي تنظم نفسها حسب الطلب

تمكن باحثون في جامعة تل أبيب من فك سر ثبات أشباه البلورات، على غرار تلك التي أدت اكتشافاتها إلى حصول البروفيسور دان شيختمان من التخنيون على جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2011

حالة توضيحية: الجزيئات، التي تظهر كنقاط حمراء، تتبلور في بنية تتوافق تمامًا مع النموذج الرياضي، الموضح باللونين الأسود والأبيض، وتشكل (من اليسار إلى اليمين، تستمر في الصف الثاني) بلورات ذات تناظر دوراني قدره 180 و 90 و 60 و 36 و 30 درجة.

في عام 1982، اكتشف العالم الإسرائيلي دان شيختمان ظاهرة كانت تعتبر حتى ذلك الحين مستحيلة علميا: البلورات غير الدورية. وحتى ذلك الوقت، كان العلماء يعتقدون أن الذرات التي تتكون منها البلورات كانت دائما مرتبة بشكل دوري، على غرار المربعات المربعة على رقعة الشطرنج أو الخلايا السداسية في قرص العسل. أثبت الاكتشاف الثوري للبروفيسور شيختمان أن هذا ليس هو الحال بالضرورة، مما أكسبه جائزة نوبل في الكيمياء بعد 30 عامًا. معظم البلورات من النوع الذي اكتشفه شيختمان، والتي تسمى البلورات شبه الدورية أو شبه البلورات باختصار، هي عبارة عن سبائك معدنية صلبة. في الآونة الأخيرة، تم اكتشاف أشباه بلورات مصنوعة من مواد لينة تتكون من جزيئات كبيرة ومرنة للغاية - تلك التي يمكنها تغيير حجمها وشكلها بسهولة نسبية - ونشأ السؤال حول ما إذا كان من الممكن تصميم هذه الجزيئات والحصول على أي بلورة تريدها .

في مقال جديد نشر في مجلة Physical Review Letters، أوضح باحثون من جامعة تل أبيب، بقيادة البروفيسور رون ليفشيتز من كلية الفيزياء وعلم الفلك، بالتعاون مع زميلهم مايكل إنجل من جامعة ميشيغان في الولايات المتحدة الأمريكية، كيف يمكن القيام بذلك. لقد طوروا طريقة جديدة لتصميم والتحكم في تكوين البلورات الناعمة، الدورية أو غير الدورية، مع مجموعة متنوعة من الهياكل والتماثلات المختلفة. وفي المستقبل، قد تؤدي هذه الطريقة إلى تطورات مبتكرة، بما في ذلك المواد ذات الخصائص البصرية المتقدمة.

إرشاد الجزيئات كيفية ترتيب نفسها عندما تتبلور المادة

يوضح البروفيسور ليبشيتز: "إننا نتعامل مع مواد ناعمة تتكون من جزيئات كبيرة ومرنة، مثل الكرات الإسفنجية ذات الشعر الطويل". "لقد سألنا أنفسنا ما إذا كان بإمكاننا ببساطة التخطيط لحجم "الكرة" وطول "الشعر" أن نجعل الجزيئات تصطف كما أردنا أثناء تشكلها."

قام الباحثون بالتعاون مع طالب البحث كوبي باركان والبروفيسور حاييم ديمنت من كلية الكيمياء ببناء نموذج رياضي لعملية تبلور هذه المواد اللينة، وفكوا سر ثبات البلورات المتكونة - الدورية وغير الدورية . الآن، بناءً على هذه النظرية الرياضية، صمم الباحثون جزيئات بأشكال مختلفة وسمحوا للكمبيوتر بمحاكاة عملية التبلور لمعرفة أي بلورة ستنتج. يقول كوبي باركان: "كنا سعداء عندما اكتشفنا أننا حصلنا دائمًا على البلورة التي أردناها. نحن نعرف كيفية تصميم بلورات دورية ذات تماثل رباعي وستة أضعاف، وكذلك أشباه بلورات ذات تماثل عشرة أضعاف واثني عشر ضعفًا." ويتوقع الباحثون أنه في المستقبل سيكون من الممكن استخدام طريقتهم لإنتاج بلورات ناعمة ذات خصائص مبتكرة، حرفيًا "حسب الطلب".

"البلورات المصنوعة من مواد لينة تتكون من جزيئات كبيرة مناسبة بشكل خاص لإنتاج "المواد الفائقة" أو "المواد الخارقة" (المواد الخارقة) - مواد هندسية ذات خصائص فريدة، لا توجد في الطبيعة بهذا الشكل. ويخلص البروفيسور ليبشيتز إلى أنه "نظرًا لحجم الجزيئات المتوافق مع الطول الموجي للضوء المرئي، هناك إمكانية لتطوير مواد ذات خصائص بصرية متقدمة". "عادة ما يكون من الضروري إنتاج هذه المواد بشكل مصطنع باستخدام وسائل متقدمة ومكلفة لتكنولوجيا النانو. تنمو بلوراتنا من تلقاء نفسها، ولكن يبدو أننا نوجه الجزيئات إلى كيفية الانسجام."

للمادة العلمية

تعليقات 6

  1. מאיה
    لقد أوضحت النقطة المهمة. إذا وجدت شيئًا حقيقيًا، ويمكن إعادة إنتاج التجربة، فسيقبلها المجتمع العلمي في النهاية. عليك أن تتذكر أن العلماء هم الناس...

  2. مرحباً بإيال والمعجزات،
    كان هناك بالتأكيد أشخاص رأوا أشباه البلورات، ربما قبل ذلك، ولكن بالتأكيد بعد شيختمان. في ذلك الوقت كانت هناك نظرية راسخة في علم البلورات تنص على أن التماثلات الدورانية الوحيدة الممكنة هي 2,3,4,6،5،94،XNUMX، في حين أن بلورات شيختمان كان لها تماثل دوراني من الرتبة XNUMX. هذه الحقيقة جعلت العلماء متشككين للغاية. بالإضافة إلى ذلك، كانت هناك بالطبع معارضة شديدة من لينوس بولينج، أحد أقوى الأشخاص في مجال الكيمياء، لمسألة أشباه البلورات وفي الواقع كان من الصعب على العالم أن يقول إنه يوافق على أشباه البلورات. - بلورات حتى وفاة بولينج عام XNUMX (قبل ذلك، كان هناك خوف من إزعاجه...) على أي حال، تلاشت شكوك العلماء تدريجيًا عندما رأوا أن النتائج بالفعل قابلة للتكرار والتكرار من قبل علماء مختلفين.
    أما سبب حصوله على جائزة نوبل فلا أعلم (لأنني لست على رأس لجنة جائزة نوبل) ولكن إذا كان علي أن أخمن لقلت إن ذلك يرجع إلى السببين التاليين:
    1. أصر على صحة اكتشافه حتى عندما لم يقبله المجتمع العلمي.
    2. جمع حوله المنظرون الذين قدموا تفسيرا نظريا للبلورات التي وجدها ووسعوا النظرية الموجودة. ورغم أنه لم يطور النظرية بنفسه، إلا أن التطوير لم يكن ممكنا لولا اكتشافه ولولا إصراره.
    هذه القصة محبوبة كثيرًا من قبل نقاد العلم كمثال على "العقلية المنغلقة" للمجتمع العلمي وعدم قدرته على قبول الملاحظات التي تتعارض مع النماذج. إنه أمر مضحك بعض الشيء لأن هذه القصة تصف بالضبط قدرة المجتمع العلمي على قبول الأفكار الجديدة التي تعمل على تقدم العلم وحتى منحهم جائزة نوبل. صحيح أنه ليس من السهل تقديم مفهوم جديد، كما هو الحال في كل مكان (العلماء بشر أيضًا) ويرتبط الأمر بحقيقة أن معظم المفاهيم الجديدة ببساطة غير صحيحة. ولكن عندما يكون هناك مفهوم جديد مدعوم بالأدلة بهذه الطريقة الواضحة، فمن المؤكد أنه سيكون مقبولاً من قبل المجتمع (وليس في مثل هذا الوقت الطويل، كان الاكتشاف في أوائل الثمانينات).

  3. مرحبًا نسيم، قصة العالمين مألوفة بالنسبة لي، لكن فيما يتعلق بالبلورات يبدو الأمر غريبًا بالنسبة لي... كما أنني لا أفهم لماذا رأى دان شيختمان فقط هذه البلورات غير الدورية، هل هي نادرة جدًا لدرجة أنها موجودة؟ تم إنشاؤها فقط في مختبره وليس في أي مكان آخر في العالم؟ فكيف لم يصادفهم أي عالم آخر من قبل؟ ربما كان جزءًا من عمله البحثي عبارة عن طريقة لإنشاء هذه البلورات؟ (مجرد تخمين جامح)

  4. إيال
    أما بالنسبة للجزء الثاني - فهناك حالات كثيرة من هذا القبيل: أشخاص حصلوا على جائزة نوبل لشيء يبدو صغيرا. حصل بنزياس ويلسون على جائزة نوبل عام 1978 عن شيء اعتقد أنه براز الحمام.
    أعتقد أن المهم هو معنى الاكتشاف وليس مقدار الاستثمار في الاكتشاف نفسه. بالإضافة إلى ذلك، من الممكن جدًا أنه لو لم يصر بنزياس ويلسون على فهم الضجيج الذي رأوه، أو لم يكن متحذلقًا (محترفين)، لكانت قد مرت سنوات قبل أن يكتشفوا الإشعاع الكوني.

  5. هناك شيئان رئيسيان لم أتمكن بعد من فهمهما بشأن فوز دان شيختمان -

    1. لماذا استغرق العلماء الآخرون وقتا طويلا للموافقة على قبول الاكتشاف؟ ألا يمكنهم أن ينظروا من خلال المجهر ويروا بأعينهم البلورات التي رآها دان شيختمان؟ لماذا لم يفعلوا ذلك؟

    2. لماذا حصل دان شيختمان على الجائزة حتى أنه نظر إلى بلورة تحت المجهر ورأى أنها ليست دورية؟ ما هو نوع العمل البحثي الذي كان موجودًا بخلاف النظر إلى البلورة والقول إنني أرى مثل هذا وذاك؟ (ليس هناك أي نبرة قلة احترام هنا، خشية أن يساء فهمها، هذه مجرد نقطة غير واضحة بالنسبة لي)

    شكرا مقدما إذا كان أي شخص يمكن أن يجيبني.

ترك الرد

لن يتم نشر البريد الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها *

يستخدم هذا الموقع Akismat لمنع الرسائل غير المرغوب فيها. انقر هنا لمعرفة كيفية معالجة بيانات الرد الخاصة بك.