من يحتاج إلى سيارة جزيئية؟/جاليليو

وتمكنت سيارة يبلغ طولها حوالي أربعة نانومترات، وعجلات كل منها مكونة من 60 ذرة كربون، من السير على سطح ذهبي. ويدعي الباحثون أنه سيكون من الممكن في المستقبل تطوير مرافق صغيرة سيتم استخدامها لكل من الاحتياجات البحثية والتطبيقية

يورام أوريد، جاليليو

يُنظر أحيانًا إلى التجارب التي يتم إجراؤها في مجال تكنولوجيا النانو على أنها تمارين فكرية بحتة من قبل العلماء، أكثر من كونها أنشطة مدفوعة بالحاجة إلى الوصول إلى البحث والتطوير في هذا المجال المبتكر. على مدى السنوات القليلة الماضية، تم تطوير العديد من الأشياء الصغيرة، بما في ذلك الجيتار والقاطرة. في الآونة الأخيرة، قام العلماء في جامعة رايس بتطوير سيارة صغيرة، مصنوعة بالكامل من جزيء واحد. تحتوي السيارة على هيكل (والذي نسميه عادة "الشاسيه" في أماكننا)، ومحاور وأربع عجلات.

لماذا نطور سيارات صغيرة أو آلات صغيرة أخرى؟ يدعي أحد مطوري السيارة الجزيئية، جيمس إم. تور، أن بناء مثل هذه المرافق الصغيرة يمنحنا نظرة نقدية لأبحاثنا حول التصنيع من أسفل إلى أعلى، وهي عبارة تعني بناء الأشياء من خلال ضم الذرات معًا، ذرة بذرة ذرة أخرى، حتى يتم إنشاء الكائن المطلوب. مثل هذا البناء هو أحد السمات المميزة لتقنية النانو.
وفي الوقت نفسه، تتعامل تكنولوجيا النانو مع بناء الأجسام الصغيرة، مثل السيارة الصغيرة المذكورة أعلاه. الهدف الآخر، وفقًا لتور، هو إنتاج أجسام صغيرة بحجم النانومتر (نانومتر - جزء من مليار من المتر) والتي ستكون قادرة على التحكم في حركتها. إن تطوير المركبات الصغيرة مثل السيارة الصغيرة هو وسيلة مناسبة لدراسة إمكانيات فهم القوانين المتعلقة بحركة الأجسام بهذه الضخامة.
عجلات السيارة الصغيرة هي في الواقع كرات. هذه هي كرات بوكي، كل منها مكونة من ستين ذرة كربون. ويصل طول السيارة بأكملها إلى حوالي أربعة نانومتر. وللمقارنة فإن سمك شعرة الإنسان يصل إلى ما يقارب 80 ألف نانومتر. بمعنى آخر، يمكن أن تصطف 20 ألفًا من هذه السيارات الصغيرة بعرض شعرة بشرية واحدة.
تمكن الباحثون الذين طوروا السيارة النانوية من قيادتها باستخدام المجهر النفقي الماسح (STM). تم تجهيز المجهر النفقي الماسح بإبرة يبلغ سمك طرفها ذرة واحدة. وعندما يقترب طرف الإبرة كثيرا من ذرة أخرى، يحدث بينهما تنافر كهربائي كبير، وتتحرك الذرة الأخرى - وهي حرة الحركة -. السيارة النانوية قادرة على التحرك عن طريق تدوير عجلاتها، وليس فقط عن طريق الانزلاق على السطح الذي توجد عليه. لتحريك السيارة عن طريق تدوير العجلات، قام الباحثون بوضعها على سطح ذهبي وتسخينها إلى درجة حرارة 200 درجة مئوية.
في درجة حرارة الغرفة، تؤدي القوى الكهربائية المؤثرة بين ذرات سطح الذهب وعجلات السيارة إلى التصاق السيارة بإحكام بالسطح. عندما يتم تسخين السطح إلى درجة حرارة 200 درجة مئوية، ترتخي القوى الكهربائية بين السطح وعجلات السيارة (التي كما ذكرنا هي كرات مصنوعة من ذرات الكربون)، ويصبح من الممكن دوران العجلات على السطح.

ما هي الخطوة التالية في تطوير المركبات ذات الحجم النانومتري - سباقات السيارات النانوية؟