الباحثون الأمريكيون يستخدمون علوم النانو لدفع عجلة التقدم في الإلكترونيات والتكنولوجيا الطبية

الباحثون الأمريكيون يتصدرون طليعة علوم النانو، حيث يستفيدون من التحكم على مستوى الذرات لدفع التقدم في مجالات مثل الإلكترونيات وتخزين الطاقة والتفاعلات الكيميائية والتحسس والتكنولوجيا الطبية. "في أرغون (Argonne)، يعمل بعض ألمع المبتكرين في العالم على تحويل علوم النانو إلى اكتشافات من الجيل التالي، مما يدفع الأفكار التي كانت تبدو مستحيلة في السابق نحو آفاق قابلة للتحقيق." هذا ما صرح به غاري فيدرِك (Gary Wiederrecht)، مدير مركز أرغون للمواد النانوية وقسم علوم وتكنولوجيا النانو.

على المستوى النانوي، قد تتغير خصائص المواد بشكل كبير. تستند علوم النانو الحديثة إلى فكرة بسيطة: عندما تصبح المواد صغيرة بما فيه الكفاية، فإنها تتصرف بشكل مختلف. على المستوى النانوي، تتغير خصائص المواد بشكل كبير بسبب التأثيرات الكمية والقوى التي تؤثر على سطح المادة (مثل القوى السكونية والتفاعلات الجزيئية الأخرى). "ما يجعل علوم النانو مثيرة هو أنها تتعلق في النهاية بالتغييرات الاستثنائية التي تحدث عندما تتقلص المواد من العالم الماكروي إلى المستوى النانوي، حيث تبدأ جميع الأشياء تقريبًا في العمل بطرق مختلفة." هذا ما قاله فيدرِك.

التغييرات الاستثنائية في علوم النانو

على المستوى النانوي، تظهر خصائص جديدة - بصرية، كهربائية، كيميائية - وهذه الخصائص غير موجودة على المقاييس الأكبر. يستفيد العلماء والمهندسون من هذه التغيرات لخلق تقنيات ذات تأثير كان من المستحيل تحقيقه في السابق. تمتلك أرغون مزايا قوية في مجال أبحاث المواد المتقدمة، وعلوم الفوتونات والأدوات المتقدمة في مسيرة تحديث علوم النانو. على مدى العقود الماضية، عمل باحثوها على تطوير أدوات رائدة من شأنها إعادة تعريف كيفية تصور العلماء وفهمهم وهندستهم للمادة على المستوى الذري.

تم الانتهاء من بناء مصدر الضوء المتقدم (APS) في أرغون في عام 1995، وقد أصبح الآن أكثر مصدر ساطع لأشعة X التزامنية في العالم. من المتوقع أن يكتمل مشروع الترقية الشاملة في عام 2026، مما يزيد سطوع حزمة أشعة X بمقدار 500 مرة، مما يتيح للباحثين تصوير البنية الذرية بدقة أكبر وتتبع تشكيل العيوب في المواد في الوقت الفعلي أثناء تعرضها لضغوط بيئية مختلفة. وفقًا لبيان صحفي، فإن مسبار أرغون النانوي في الموقع (ISN) هو أداة قوية جديدة ستدفع قدرات تصوير خط الأشعة في المختبر إلى مجال "الدراسات في الموقع"، حيث يمكن للباحثين مراقبة عمل المواد وتكيفها وفشلها في الظروف الواقعية.

الترقية الكبيرة لمصدر الضوء المتقدم

هذه خطوة مهمة في تحقيق تقدم في مجالات الطاقة والإلكترونيات الدقيقة والأنظمة الكمية والتصنيع المتقدم. "APS هو بالفعل أحد محركات الفهم العالمية للمادة." هذا ما صرحت به سارة ويغولد (Sarah Wiegold)، عالمة الفيزياء في أرغون. "يقوم ISN بتوسيع هذه الميزة من خلال إضافة بُعد مهم بشكل خاص: القدرة على استكشاف السلوك النانوي في ظروف التشغيل الواقعية." يرتبط ISN بتقنيات تكميلية لـ APS، والتي تفحص المواد على مقاييس طول مختلفة، ومقاييس زمنية مختلفة، وأنماط تباين مختلفة. إن الجمع بين هذه القدرات يخلق فهمًا أكثر اكتمالاً للمواد المعقدة - من أصول السلوك على المستوى الذري والنانوي إلى أداء النظام على مستوى النظام.

إمكانيات تطبيق علوم وتكنولوجيا النانو

إن تطور علوم النانو له تأثير عميق على مجالات مثل الإلكترونيات والتكنولوجيا الطبية، لأن خصائص المواد على المستوى النانوي تظهر تغيرات جديدة، وهذه التغيرات يمكن أن تؤدي إلى تطبيقات تكنولوجية جديدة تمامًا. إن ترقية مصدر الضوء المتقدم في أرغون ومسباره النانوي في الموقع ستمكن الباحثين من استكشاف وفهم سلوك المواد بدقة أكبر، وهذا أمر بالغ الأهمية لتحقيق تقدم في مجالات مثل الطاقة والإلكترونيات الدقيقة والتصنيع المتقدم. إن الجمع بين هذه التقنيات لا يعزز فقط عمق أبحاث المواد، بل يوفر أيضًا أفقًا أوسع للابتكار في المستقبل.