.jpg)
قام العلماء بتصنيع جسيمات تحت-نانومتر مع نسب مضبوطة بدقة من الإنديوم والقصدير باستخدام قوالب جزيئية محددة تسمى المتغصنات ( dendrimers ). من خلال عملية الفرز التي تمتد لنسب معدنية مختلفة ، اكتشفوا حالات إلكترونية غير عادية وخصائص بصرية ناتجة عن تصغير الحجم والتهجين الأولي. قد يكون نهجهم خطوة أولى في تطوير الجسيمات النانوية الفرعية بوظائف وخصائص فريدة للتطبيقات الإلكترونية والمغناطيسية.
كان تطوير المواد النانوية الوظيفية علامة بارزة في تاريخ علم المواد. الجسيمات النانوية التي يتراوح أقطارها من 5 إلى 500 نانومتر لها خصائص غير مسبوقة ، مثل النشاط التحفيزي العالي ، مقارنة بنظيراتها من المواد السائبة. علاوة على ذلك ، عندما تصبح الجسيمات أصغر ، تصبح الظواهر الكمومية الغريبة أكثر بروزًا. وقد مكّن ذلك العلماء من إنتاج مواد وأجهزة ذات خصائص لم يكن أحد يحلم بها إلا في مجالات الإلكترونيات والحفز الكيميائي والبصريات.
لكن ماذا لو صغرنا ؟ تعتبر الجسيمات النانوية الفرعية ( SNPs) التي يبلغ حجم جسيماتها حوالي 1 نانومتر الآن فئة جديدة من المواد ذات الخصائص المميزة بسبب غلبة التأثيرات الكمومية. لفتت الإمكانات غير المستغلة للنماذج المتعددة الأشكال انتباه العلماء من Tokyo Tech ، الذين يتولون حاليًا التحديات الناشئة في هذا المجال غير المكتشف في الغالب. في دراسة حديثة نُشرت في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية ، أظهر فريق من العلماء من مختبر الكيمياء وعلوم الحياة ، بقيادة الدكتور تاكاماسا تسوكاموتو ، نهجًا جديدًا للفحص الجزيئي للعثور على تعدد الأشكال الواعدة.
كما قد يتوقع المرء ، فإن تركيب النيوكلوتايد SNPs يعاني من صعوبات تقنية ، وخاصة تلك التي تحتوي على عناصر متعددة. يشرح الدكتور تسوكاموتو: "حتى تعدد الأشكال التي تحتوي على عنصرين مختلفين فقط لم يتم التحقيق فيها إلا بصعوبة لأن إنتاج نظام مقياس دون نانومتر يتطلب تحكمًا دقيقًا في نسبة التركيب وحجم الجسيمات بدقة ذرية." ومع ذلك ، فقد طور فريق العلماء هذا بالفعل طريقة جديدة يمكن من خلالها تصنيع تعدد الأشكال من أملاح معدنية مختلفة مع التحكم الشديد في العدد الإجمالي للذرات ونسبة كل عنصر.
يعتمد نهجهم على المتغصنات ، وهو نوع من الجزيئات المتماثلة التي تتفرع شعاعيًا إلى الخارج مثل الأشجار التي تنمو وتشكل مركزًا مشتركًا. تعمل المتغصنات كقالب يمكن من خلاله تجميع الأملاح المعدنية بدقة عند قاعدة الفروع المرغوبة. بعد ذلك ، من خلال الاختزال الكيميائي والأكسدة ، يتم تصنيع النيوكلوتايد بدقة على سقالة متشعبة. استخدم العلماء هذه الطريقة في دراستهم الأخيرة لإنتاج تعدد الأشكال بنسب مختلفة من أكاسيد الإنديوم والقصدير ، ثم استكشفوا خصائصهم الفيزيائية والكيميائية.
كان أحد الاكتشافات الغريبة هو أن الحالات الإلكترونية غير العادية ومحتوى الأكسجين حدث عند نسبة إنديوم إلى قصدير تبلغ 3: 4. كانت هذه النتائج غير مسبوقة حتى في دراسات الجسيمات النانوية ذات الحجم والتركيب الخاضعين للرقابة ، وقد أرجعها العلماء إلى ظواهر فيزيائية حصرية لمقياس النانومتر. علاوة على ذلك ، وجدوا أن الخواص البصرية للنيوكلوتايد النيكوتين مع هذه النسبة الأولية كانت مختلفة ليس فقط عن تلك الخاصة بتعدد الأشكال بنسب أخرى ، ولكن أيضًا للجسيمات النانوية بنفس النسبة. كانت النيوكلوتايد مع هذه النسبة صفراء بدلاً من الأبيض وعرضت تلألؤًا ضوئيًا أخضر تحت الإشعاع فوق البنفسجي.
من المرجح أن يؤدي استكشاف خصائص المواد على نطاق دون النانومتر إلى تطبيقها العملي في الجيل التالي من الإلكترونيات والمحفزات. هذه الدراسة ، مع ذلك ، هي مجرد بداية في مجال المواد تحت-النانومترية ، كما يستنتج الدكتور تسوكاموتو: "تمثل دراستنا أول اكتشاف على الإطلاق لوظائف فريدة في النيوكلوتايد ومبادئها الأساسية من خلال بحث متسلسل. النتائج ستكون بمثابة الخطوة الأولى نحو تطوير مواد ذات حجم كمي غير معروف حتى الآن ". العالم تحت النانومتر ينتظر!
المصدر