جدول المحتويات:

يستعد السائقون لأول سباق سيارات النانو في العالم
يستعد السائقون لأول سباق سيارات النانو في العالم
فيديو: يستعد السائقون لأول سباق سيارات النانو في العالم
فيديو: أروع و أخطر نهاية سباق للسيارات في التاريخ 2023, شهر فبراير
Anonim

سيتنقل الكيميائيون في العربات الجزيئية على طول مسار ذهبي صغير.

يستعد السائقون لأول سباق سيارات النانو في العالم
يستعد السائقون لأول سباق سيارات النانو في العالم

تستعد ستة فرق من ثلاث قارات لسباق فريد من نوعه على مضمار ذهبي مصقول في جنوب فرنسا هذا الشهر. لكن هذا ليس حدثًا فاخرًا للسيارات الخارقة: سوف يتسابق المنافسون على جزيئات مفردة. في غضون 36 ساعة ، كانوا يهدفون إلى تحريكهم مسافة 100 نانومتر - حوالي واحد في الألف من عرض شعرة الإنسان - على مسار معمل يتم وضعه في فراغ ومبرد إلى درجات قليلة فوق الصفر المطلق.

تم تصنيف المسابقة على أنها أول سباق سيارات نانوية في العالم ، والهدف منها هو إثارة حماس الناس بشأن تكنولوجيا النانو والآلات الجزيئية ، كما يقول المنظم المشارك كريستيان يواكيم ، الكيميائي الذي يعمل في مركز تطوير المواد والدراسات الهيكلية في تولوز ، حيث الحدث سيقام. طور هو وجوينيل رابين ، الكيميائي في جامعة تولوز بول ساباتير ، المسابقة بعد أن أدرك يواكيم - بعد مقابلة مع أحد الصحفيين - أن السيارات النانوية جذبت اهتمامًا عامًا أكبر بكثير من بحثه حول الجوانب الأساسية لتقنية النانو.

قد يوفر السباق أيضًا رؤى علمية للمتسابقين ، الذين يرغبون في معرفة المزيد حول كيفية تفاعل جزيئاتهم الفردية مع الأسطح. قد يساعد ذلك في تصميم المحفزات ، وعلى المدى الطويل ، تعزيز الهدف من إنشاء تقنيات على المستوى الجزيئي لنقل البضائع أو المعلومات ، كما يقول المشاركون. يقول يواكيم: "إنها تجربة هائلة ، أجراها العديد من الأشخاص في نفس الوقت". (تعد Nature Nanotechnology ، وهي مستقلة عن فريق أخبار Nature ، راعي السباق.).

القيادة بالإلكترونات

مصطلح nanocar هو في الواقع تسمية خاطئة ، لأن الجزيئات المشاركة في هذا السباق ليس لها محركات. (قد تدمجهم سباقات المستقبل ، كما يقول يواكيم.) وليس من الواضح ما إذا كانت الجزيئات ستتدحرج مثل العربات: بعض التصميمات قد تفعل ذلك ، لكن العديد منها يفتقر إلى المحاور والعجلات. سيستخدم السائقون الإلكترونات من طرف مجهر المسح النفقي (STM) للمساعدة في هز جزيئاتهم على طول ، عادةً بمقدار 0.3 نانو متر فقط في كل مرة مما يجعل 100 نانومتر "مسافة طويلة جدًا" ، يلاحظ الفيزيائي ليونارد جريل من جامعة غراتس ، النمسا ، الذي شارك في قيادة فريق أمريكي - نمساوي في السباق.

لا يُسمح للمتسابقين بالضغط مباشرة على جزيئاتهم باستخدام طرف STM. صممت بعض الفرق جزيئاتها بحيث ترفع الإلكترونات الواردة حالات طاقتها ، مسببة اهتزازات أو تغيرات في الهياكل الجزيئية التي تهز المتسابقين. يتوقع البعض الآخر أن يكون التنافر الإلكتروستاتيكي من الإلكترونات هو القوة الدافعة الرئيسية. صمم واكا ناكانيشي ، الكيميائي العضوي في المعهد الوطني لعلوم المواد في تسوكوبا ، اليابان ، عربة نانوية بمجموعتين من "اللوحات" التي تهدف إلى الرفرفة مثل أجنحة الفراشة عندما يتم تنشيط الجزيء بواسطة طرف STM. وتقول إن جزءًا من سبب دخولها السباق هو الوصول إلى STM الحديثة في مختبر تولوز لفهم سلوك الجزيء بشكل أفضل.

يأمل إريك ماسون ، الكيميائي في جامعة أوهايو في أثينا ، في معرفة ما إذا كانت "عجلات" (مجموعات الذرات على شكل قرع) من سيارة فريقه ستتدحرج على السطح أو تنزلق ببساطة. يقول ماسون: "نريد أن نفهم بشكل أفضل طبيعة التفاعل بين الجزيء والسطح".

مجرد مشاهدة تقدم السباق هو نصف المعركة. بعد كل محاولة هزة ، ستستغرق الفرق ثلاث دقائق لمسح مضمار السباق باستخدام STM ، وبعد كل ساعة سينتجون رسومًا متحركة قصيرة سيتم نشرها على الفور عبر الإنترنت. بهذه الطريقة ، كما يقول يواكيم ، سيتمكن الجميع من رؤية السباق يتم بثه على الهواء تقريبًا.

سباقات النانو

ابتكر الكيميائيون سابقًا سيارات نانوية صغيرة ذات عجلات ومحاور - بالإضافة إلى دوارات ومفاتيح جزيئية. جددت جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2016 ، التي مُنحت لمبدعي الآلات النانوية ، الاهتمام بهذا المجال. ومع ذلك ، فإن الحائزين على جائزة نوبل عملوا بشكل أساسي مع أعداد كبيرة من الجزيئات في المحلول ، كما يقول يواكيم ، بينما يركز الباحثون في هذا السباق على التفاعلات بين الجزيئات الفردية والأسطح الصلبة.

لكن السيارات على المقياس النانوي لا تتصرف مثل نظيراتها في الحياة الواقعية ، مما يجعل من الصعب العثور على استخدامات للآلات. في هذه المقاييس ، تهيمن القوى الكهروستاتيكية وتهز الاهتزازات الحرارية العشوائية الجزيئات باستمرار. وبالتالي ، قد ينتهي الأمر بآلات النانو إلى التصرف بطرق غير متوقعة أو غير متوقعة ، كما يقول جريل.

يحتوي مختبر تولوز على STM غير عادي مع أربعة أطراف مسح - معظمها يحتوي على واحدة فقط - والتي ستسمح لأربعة فرق بالتسابق في نفس الوقت ، كل منها على جزء مختلف من السطح الذهبي. ستتنافس ستة فرق هذا الأسبوع للتأهل لواحد من المراكز الأربعة ؛ سيبدأ السباق النهائي في 28 أبريل الساعة 11 صباحًا بالتوقيت المحلي. سيواجه المتسابقون العديد من العقبات خلال المسابقة. غالبًا ما تضيع الجزيئات الفردية في السباق أو تتعطل ، وقد يكون الجزء الأصعب هو التفاوض على المنعطفين في المسار ، كما يقول يواكيم. يعتقد أن المتسابقين قد يحتاجون إلى إعادة تشغيل متعددة لتغطية المسافة.

شعبية حسب الموضوع