فهرست مطالب
دانشمندان دانشگاه اوبرن دسته‌ای نوین از مواد را ابداع کرده‌اند که امکان کنترل دقیق الکترون‌های آزاد را فراهم می‌کند و می‌تواند چشم‌انداز محاسبات پیشرفته و تولید صنعتی شیمیایی را بازتعریف کند.
به گزارش تکناک، این مطالعه، سیستمی از مواد را معرفی می‌کند که رفتار الکترون‌های آزاد در درون ماده را به صورت دقیق تنظیم می‌کند و این امکان را فراهم می‌سازد تا رایانه‌های سریع‌تر، ماشین‌های هوشمندتر و فرایندهای صنعتی کارآمدتری خلق شود. الکترون‌ها بنیان شیمی و فناوری هستند؛ آنها انتقال انرژی، کاتالیز و رسانایی را هدایت می‌کنند. در اکثر مواد، الکترون‌ها به اتم‌ها محدود می‌شوند و انعطاف‌پذیری را کاهش می‌دهند.
پژوهشگران اوبرن با خلق موادی که اجازه می‌دهد الکترون‌ها آزادانه در فضاهای باز حرکت کنند، این محدودیت را از میان برداشتند. دکتر ایوانجلوس میلیوردوس، استادیار شیمی دانشگاه اوبرن و نویسنده ارشد مطالعه گفت: «کنترل این الکترون‌های آزاد به ما امکان می‌دهد موادی طراحی کنیم تا کارهایی انجام دهند که هرگز تصور آن را نمی‌کردیم.» تمرکز نوآوری تیم روی الکترودهای سطحی تثبیت‌شده است؛ نوعی ماده نوین که از اتصال پیش‌ماده‌های الکترون محلول به سطوح پایدار مانند الماس و کاربید سیلیکون ساخته می‌شود. این طراحی باعث می‌شود که ویژگی‌های الکترونیکی ماده هم‌زمان پایدار و قابل تنظیم باشد. با تغییر چیدمان مولکول‌ها، الکترون‌ها می‌توانند یا در جزیره‌های مجزا جمع شوند و مانند بیت‌های کوانتومی عمل کنند، یا به شکل «دریاهای» فلزی گسترده درآیند که واکنش‌های شیمیایی را فعال می‌کنند.
یک چیدمان از این مواد می‌تواند پایه‌ای برای کامپیوترهای کوانتومی قدرتمند باشد، که توان حل مسائلی فراتر از ظرفیت ماشین‌های امروزی را دارند. چیدمان دیگر ممکن است باعث تولید کاتالیزورهای پیشرفته شود، که واکنش‌های شیمیایی را در تولید سوخت، دارو و مواد صنعتی به‌طور چشمگیری تسریع می‌کنند.
دکتر مارسلو کورودا، استادیار فیزیک دانشگاه اوبرن بیان کرد: «با پیشرفت جامعه و فشار بر محدودیت‌های فناوری‌های فعلی، تقاضا برای مواد نوین با قابلیت‌های ویژه به‌شدت در حال افزایش است.»
وی تصریح کرد: «کار ما مسیر تازه‌ای برای موادی نشان می‌دهد که هم زمینه تحقیقات بنیادی در تعاملات ماده را فراهم می‌کنند و هم کاربردهای عملی و صنعتی دارند.» توانایی هدایت الکترون‌های آزاد به دلخواه، می‌تواند پیشرفت‌های علم کوانتوم و مهندسی شیمی را به هم پیوند دهد و سکوی مشترکی برای نوآوری‌های آینده ایجاد کند.
01
از 01حرکت به سوی کاربردهای واقعی الکترون‌های آزاد
نسل‌های پیشین الکترودها از پایداری کمی برخوردار بودند و تولید آنها دشوار بود. تیم دانشگاه اوبرن این محدودیت را با قرار دادن مستقیم مواد روی سطوح جامد حل کرد و به این ترتیب هم پایداری و هم مقیاس‌پذیری مواد بهبود یافت. این دستاورد می‌تواند مسیر توسعه کاربردهای تجاری در الکترونیک، حسگرها و کاتالیزورهای پیشرفته را هموار کند. دکتر کنستانتین کلیوکین، استادیار مهندسی مواد دانشگاه اوبرن عنوان کرد: «این علم بنیادی است، اما پیامدهای عملی بسیار واقعی دارد. ما درباره فناوری‌هایی صحبت می‌کنیم که می‌توانند روش محاسبات و تولید صنعتی را متحول کنند.» این پروژه همکاری بین پژوهشگران شیمی، فیزیک و مهندسی مواد را به ارمغان آورد. میلیوردوس بیان کرد که این همکاری تنها آغاز راه است. وی عنوان کرد: «با یادگیری نحوه مهار الکترون‌های آزاد، می‌توان آینده‌ای با کامپیوترهای سریع‌تر، ماشین‌های هوشمندتر و فناوری‌هایی که حتی تصور آنها را نکرده‌ایم، متصور شد.»
پژوهش‌های دانشگاه اوبرن گامی امیدبخش در مسیر توسعه موادی است که نه تنها درک علمی ما را گسترش می‌دهند، بلکه فاصله بین نظریه و فناوری‌های واقعی را پر می‌کنند.
