كيفية إطلاق مقذوفات عبر المادة دون إتلاف أي شيء

كيفية إطلاق مقذوفات عبر المادة دون إتلاف أي شيء

18 يناير , 2023

ترجم بواسطة:

ساره الزعابي

دقق بواسطة:

زينب محمد

ابتكر علماء بجامعة فيينا للتكنولوجيا نموذجًا يسمح بالتنبؤات الدقيقة بالفضاء بناءً على الحركة الإلكترونية للمادة وموقع الشحنة، ويوفر هذا النموذج فهمًا أفضل للظروف التي تتشكل فيها الثقوب. واكتشفوا سبب حدوث انفجارات دقيقة مذهلة في أحيان؛ وبقاء طبقات الجسيمات سليمة وأقل مثالية عند انفجارها في أحيانٍ أخرى.

فقد يبدو عجيبًا أن بعض المواد يمكنها تحمل التدفق السريع لأيونات الشحنات الكهربائية دون أن تسبب ثقوبًا، فهذا الحدث المستحيل على المستوى العياني، هو ممكن على المستوى المجهري.

وتمكن الباحثون بتقديم شرح مفصل عن إمكانية ثقب بعض المواد على غرارٍ أخرى؛ لتصميم أغشية رقيقة تحتوي على مسام نانوية فريدة يمكنها أن تحبس أو تطلق ذرات أو جزيئات معينة.

ويشرح هذا النموذج كذلك سبب تشكل ثقوب صغيرة إلى بضع نانومترات فقط في بعض الأجسام ثنائية الأبعاد عند شحنها بالأيونات، حيث إنه بإمكان استخدام تأثير بنية المسام النانوية لإنشاء مناخل جديدة للجسيمات.

مواد فائقة الرقة – الجرافين وأشباهها

يوضح البروفيسور كريستوف ليميل من معهد العلوم الطبية الحيوية بأنه: “يوجد اليوم العديد من المواد فائقة الرقة التي تحتوي على ذرة واحدة أو بضع ذرات، ولعل أكثرها شهرة هو الجرافين؛ وهي مادة تتكون من طبقة واحدة من ذرات الكربون. ولكن ضع في الاعتبار أن هناك مواد أخرى مهمة كذلك في جميع أنحاء العالم اليوم؛ مثل ثاني كبريتيد الموليبدينوم”.

ووفقًا لمجموعة بحثية للبروفيسور فريدريش أوماير من معهد الفيزياء التطبيقية، فإن هذه المواد تمتلئ بمقذوفات خاصة؛ أي أيونات ذات شحنات عالية. وتتجرد عادةً غازات نبيلة مثل الزينون من عدد كبير من الإلكترونات، لتنتج عن هذا أيونات مع 30 إلى 40 مرة من الكهرباء، فتتسارع هذه الأيونات وتضرب طبقة رقيقة من المادة بطاقة عالية.

وتقول آنا نيجاس، عالمة أبحاث كذلك في معهد الفيزياء التطبيقية: “تخلق تأثيرات مختلفة اعتمادًا على المادة؛ ففي بعض الأحيان، تخترق القذيفة طبقة المادة دون افتعال أي تغييرات ملحوظة. وفي أحيانٍ أخرى، تدمر طبقة المادة حول موقع التأثير تمامًا، وتزال العديد من الذرات من مساحة يبلغ قطرها بضع نانومترات”.

سرعة الإلكترونات

ويمكن تفسير هذه الاختلافات المذهلة من خلال حقيقة أنه ليس زخم المقذوف هو المسؤول الرئيسي عن الثقوب؛ ولكن شحنتها الكهربائية، فعندما يضرب أيون متعدد الشحنات الموجبة طبقة المادة، فإنه يجذب كمية أكبر من الإلكترونات ويأخذه معه؛ وهذا يترك منطقة موجبة الشحنة في المادة.

وبالفعل، كما قال كريستوف ليميل: “تتدفق الإلكترونات ببساطة من مكان آخر”، فإن تأثير ما سبق ذكره يعتمد على مدى سرعة تحرك الإلكترونات في مادة الجرافين، حيث يتمتع بحركة إلكترون عالية للغاية؛ لذلك يمكن موازنة هذه الشحنة الموجبة في وقتٍ قصير.

وعلى النقيض، فإن الأمور تختلف في مواد أخرى مثل ثاني كبريتيد الموليبدينوم؛ حيث تكون الإلكترونات أبطأ، ولا يمكن توفيرها في الوقت المناسب من الخارج إلى موقع التأثير، وهذا يُحدث انفجار صغير في موقع الاصطدام، حيث إن الذرات موجبة الشحنة، التي أخذ منها المقذوف إلكتروناتها، تتنافر وتطير بعيدًا؛ وهذا يخلق مسامًا بحجم النانو.

وتأكيدًا على ما سبق، يقول الكسندر ساجار جروسيك، المؤلف الأول للنشر في دورية Nano Letters: “لقد تمكنا الآن من تطوير نموذج يسمح لنا بتقدير كافي للظروف التي تتشكل فيها الثقوب والتي لا تتشكل فيها؛ وهذا يعتمد على حركة الإلكترون في المادة وحالة الشحن للقذيفة”.

ويشرح النموذج أيضًا الحقيقة المدهشة المتمثلة في أن الذرات التي خرجت من المادة تتحرك ببطء نسبيًا. فالسرعة العالية للقذيفة لا تهم؛ حيث تزال من المواد عن طريق التنافر الكهربائي فقط بعد مرور المقذوف عبر طبقة المادة. وفي هذه العملية، لا تنتقل كل طاقة التنافر الكهربائي إلى الذرات المتناثرة؛ لأنها تمتص جزء كبير من الطاقة في المادة المتبقية على شكل اهتزازات أو حرارة.

ويمكن استخدام الفهم الأعمق الناتج عن عمليات السطح الذري لتزويد الأغشية على وجه التحديد “بمسام نانوية”. فعلى سبيل المثال، يمكن بناء “منخل جزيئي” أو الاحتفاظ بذرات معينة بطريقة دقيقة، حتى أن هناك أفكارًا حول استخدام مثل هذه المواد لتصفية ثاني أكسيد الكربون من الهواء.

وكما يقول ألكسندر ساجار جروسيك فإنه: “من خلال النتائج التي توصلنا إليها، لدينا الآن تحكم دقيق في معالجة المواد على المستوى النانوي، حيث يوفر هذا أداة جديدة تمامًا لمعالجة الأفلام فائقة الرقة بطريقة يمكن حسابها بدقة لأول مرة”.

المصدر: https://scitechdaily.com

ترجمة: ساره الزعابي

مراجعة وتدقيق: زينب محمد


اترك تعليقاً

القائمة البريدية

اشترك في قائمتنا البريدية ليصلك جديد مقالاتنا العلمية وكل ماهو حصري على مجموعة نون العلمية

error: Content is protected !!