یه خبر باحال از دنیای مواد نانویی دارم براتون! دانشمندای دانشگاه اklahoma تونستن یه کاری بکنن که خیلیها فکرشو نمیکردن بشه: اومدن به کوانتوم داتها – یعنی اون ذرههای نیمهرسانایی خیلی ریز که کنترل رنگ نور واسهشون مثل آب خوردنه – منگنز اضافه کردن. و نتیجهش واقعاً جالب شده!
اول بذارید یه توضیح کوچولو بدم راجع به کوانتوم دات: اینا ذرات فوقالعاده کوچیکین که خاصیت جالبی دارن—اندازهشون هرچی عوض بشه، رنگ نوری که ساطع میکنن هم فرق میکنه. به خاطر همین تو صفحهنمایشها، LEDها، سلولهای خورشیدی و حتی تصویربرداری پزشکی کلی استفاده دارن.
حالا داستان چیه؟ این تیم اومدن رفتن سراغ نوعی نانوذره به اسم CsPbBr3 یا همون برمید سرب-سزیم. این ذرات رو معمولا تو نمایشگرها و منابع نور LED و یه سری پروژههای انرژی استفاده میکنن. سالها دانشمندا سعی داشتن منگنز (Mn) – که خاصیتهای مغناطیسی و نوری جالبی داره – رو به این ذرات اضافه کنن ولی یا نمیشد یا اونقدری که لازم داشتن، منگنز وارد ساختار نمیشد.
ولی حالا تیم دکتر ییتونگ دونگ راهشو پیدا کردن! اومدن همیشه تزریق منگنز سخت بود، اما این بار اول بخشی از یونهای سزیم مثبت رو درآوردن (یون مثبت یعنی ذرهای با بار الکتریکی مثبت) و بعد محیط شیمیایی رو طوری درست کردن که منگنز راحت جذب ذرهها بشه. تهش تقریباً ۴۰ درصد از اتمهای سرب رو با منگنز جایگزین کردن! تازه، این تغییر با چشم هم دیده میشه: قبل دوپینگ رنگ نور ذرهها آبی بود، بعد دوپینگ منگنزی، نور به نارنجی گرم و دوستداشتنی تغییر کرد و اونم با بازده تقریباً عالی.
این یعنی نه اندازه فیزیکی عوض شد، نه هیچ کار عجیب دیگهای؛ فقط ساختار شیمیایی رو تغییر دادن. کاری که همه میگفتن نشدنیه، شد!
حالا چرا اینقدر مهمه؟ اول از همه این نور نارنجی خیلی ملایمتر واسه چشم ماست و حتی تو پرورش گیاهان داخل سالن هم مفیده چون گیاهها نور گرم رو بهتر جذب میکنن. دوم، این رفتار نوری بهتر باعث میشه بازده سلولهای خورشیدی هم بیشتر بشه.
یه نکته خفن دیگه هم اینه که وقتی منگنز اضافه میشه، خاصیت مغناطیسی هم به ذرات داده میشه. حالا این یعنی چی؟ یعنی میشه ازش تو تصویربرداری پزشکی (مثلاً MRI)، الکترونیک مبتنی بر اسپین (Spintronic؛ سیستمی که بر اساس گردش الکترونها اطلاعات رو پردازش میکنه)، یا حتی تکنولوژیهای جدید ارتباطات استفاده کرد.
ولی یه برگ برنده خاص دیگه این داستان، مربوط به دنیای محاسبات کوانتومی یا Quantum Computing هست—نوعی کامپیوتر که میتونه سریعتر و پیچیدهتر از هر کامپیوتر معمولی حساب کنه. این کوانتوم داتهای دوپشده با منگنز میتونن نقش “کیوبیت” رو داشته باشن. کیوبیت یعنی کوچکترین واحد اطلاعات تو کامپیوترهای کوانتومی که برخلاف بیتهای سنتی همزمان میتونن صفر و یک باشن! تازه اینجا یه نکته خفنتر هست: میشه این کیوبیتها رو با نور کنترل کرد (نه با برق مثل قبل)، که این یعنی نویز کمتر و پایداری بیشتر واسه محاسبات فوق سریع کوانتومی.
البته هنوز کار باقی مونده. باید بررسی کنن چطور میشه تو سایزهای دیگه ذرات هم همین مقدار منگنز رو به طور یکنواخت دوپ کرد و دقیقاً ببینن یونهای منگنز تو ساختار شیمیایی چیکار میکنن. ولی تیم دانشگاه اکلاهاما خودشونم خیلی ذوق دارن چون این نسل جدید از مواد هم ارزون، هم راحت تولید میشه، هم کارایی فوقالعاده داره. تازه نیازی هم به پوشش محافظ اضافی واسه ساختنش نیست، که هزینه رو بیشتر پایین میاره.
پس خلاصه اینکه، اگه دنبال آینده پرنورتر، کاراتر و حتی مغناطیسیتر تو فناوری و پزشکی هستیم، باید به این کوانتوم داتهای منگنزی حسابی دل ببندیم! راستی این یافتهها تو ژورنال معتبر American Chemical Society هم چاپ شده.
منبع: +
