کوی دانش - kooy

الماس های ریز و پیشرفت های بزرگ در نانوفناوری

الماس های ریز و پیشرفت های بزرگ در نانوفناوری
21 خرداد
11:45 1395
محققان موفق به توسعه روشی جدید، سریع و ارزان قیمت برای ساخت نانوذرات هیبریدی بر پایه الماس (از پایه) آنهم در مقیاس های کمّی بزرگ شده اند، بنابراین بر بسیاری از مشکلاتی که در روش های کنونی وجود دارد غلبه می شود. روند مزبور از الماس های نانو که حاوی ناخالصیِ «خلاء نیتروژن» هستند شروع می شود. این ناخالصی باعث القای خصوصیات الکترومغناطیسی و اپتیکال (نوری) خاصی می شود که درنهایت باعث اتصال ذرات فلزی یا "نقاط کوانتومی" نیمه رسانا می شود، بر این اساس، محققان می توانند نانوذرات هیبریدی متنوعی را تولید کنند که شامل نیمه رساناهایی در مقیاس نانو و آهن رباهایی با خصوصیات سفارشیِ دقیق می شود.

«نانومواد» از پتانسیل لازم برای ارتقای نسل بعدی فناوری ها برخوردار میباشند. به نحوی که بطور مثال با استفاده از آنها می توان تراشه های کامپیوتری سریع تری را تولید نمود، رزولوشن  ابزارهای تصویربرداری پزشکی را افزایش داد و ابزارهای الکترونیکی را از نظر مصرف انرژی بهینه کرد. اما رسوخ در «نانومواد» با خصوصیات درست، هم هزینه بر و هم زمان بر می باشد. روش جدید، سریع و ارزان قیمت برای ساخت نانومواد هیبریدی بر پایه الماس ممکن است به زودی موجب پیشرفت فناوری نانو شود. 
این روش توسط محققان دانشگاه مریلند انجام شده است و تکنیک مزبور در نسخه 8 ژوئن 2016 ژورنال Nature Communications شرح داده شده است. 
این روند با الماس های نانو مقیاسِ ریزی شروع می شود که دارای نوع خاصی از ناخالصی می باشد، یعنی یک اتم نیتروژن بصورت منفرد در آن وجود داشته باشد (که قرار بوده کربن باشد) که دقیقاً در کنار آن نیز یک فضای خالی قرار دارد (اتم کربن مفقود دوم) این ناخالصیِ "خلا نیتروژنی"، به هر یک از الماس ها خصوصیات الکترومغناطیسی و اپتیکال خاصی می بخشد. 
با اتصال سایر مواد به دانه های الماس (همانند ذرات فلزی و یا مواد نیمه رسانایی که به عنوان "نقاط کوانتومی" شناخته می شوند) محققان می توانند نانوذرات هیبریدی سفارشی شده ی متنوعی را تولید کنند، از آنجمله می توان از نیمه رساناهایی در مقیاس نانو و آهن رباهایی که خصوصیات سفارشیِ دقیقی دارند، نام برد. 
به گفته مین اویانگ، استادیار فیزیک در UMD و نویسنده ارشد این مطالعه: "اگر یکی از این الماس ها را با نانوذرات طلا و یا نقره جفت کنید، فلز می تواند خصوصیات اپتیکال نانوالماس را تقویت کند. درصورتی که نانوالماس را با نقطه کوانتومی نیمه رسانا جفت کنید، آنگاه ذره هیبریدی می تواند انرژی را به شکل بهینه تری منتقل کند."
به گفته اویانگ، افزون بر این شواهدی در دست است که نشان می دهد خلا نیتروژن منفرد، از خود خصوصیات فیزیکی کوانتومی را بروز می دهد و می تواند در درجه حرارت معمولی، به عنوان ذره کوانتومی و یا کیوبیت رفتارکند. کیوبیت ها واحدهای کاربردی فناوری محاسباتی کوانتومی هستند که همچنان دست نیافتنی می باشند و ممکن است روزی شیوه ذخیره سازی و پردازش اطلاعات را دچار تحول کند. تقریباً تمام کیوبیت هایی که تاکنون مورد مطالعه قرار گرفتند برای کاربرد صحیح نیازمند درجه حرارت فوق سرد می باشد.
کیوبیتی که در درجه حرارت عادی کار کند گام مهمی رو به جلو محسوب می شود و ادغام مدارهای کوانتومی را داخل ابزارهای الکترونیکی مصرفی، تجاری و صنعتی تسهیل می کند. به گفته اویانگ، نانومواد الماسِ هیبریدیِ جدید طی مقاله ای در ژورنال Nature Communications  توصیف شده است که محققان را نسبت به تقویت عملکرد خلاهای نیتروژنی درصورت استفاده از کیوبیت ها بسیار امیدوار کرده است. 

 

تصویر فوق، تصویر میکروسکوپ الکترونی، یک نانوذره هیبریدی را نشان می دهد که متشکل از نانوالماسی با عرض تقریبی 50 نانومتر می باشد که در نانوذرات نقره ای کوچکتری پوشید شده است که خصوصیات اپتیکال الماس را تقویت می کند. 

 

هرچند این دست کاربردها انسان را نسبت به آینده فناوری نانو امیدوار می کند، اما به گفته اویانگ و همکارانش، اصلی ترین ابداع راهگشایی که در این روش رخ داده است، ساخت نانوذرات هیبریدی می باشد. هرچند سایر محققان، نانوالماس ها را با نانوذرات تکمیلی جفت کرده اند، اما این دست تلاش ها با اتکا به روش های نسبتاً غیردقیق صورت گرفته است، به عنوان نمونه با نصب دستی الماس ها و ذرات در کنار همدیگر و تبدیل آنها به سطحی بزرگ. به گفته محققان روش های مزبور هزینه بر و زمان بر بوده و پیچیدگی های مختلفی دارد.
به گفته اویانگ که مناصبی را در مرکز مواد پیشرفته نانوفیزیک UMD و مرکز نانوی مریلند و نیز استادی در گروه مهندسی و علم مواد UMD را هم به عهده دارد: "یکی از ابداعات کلیدی آنست که هم اکنون می توانیم با اطمینان و به صورت بهینه نسبت به تولید ذرات هیبریدی آزاد در تعداد بالا اقدام کنیم."
به علاوه روش مزبور که توسط اویانگ و همکارانش به نام های ژیان ژائو گونگ دستیار تحقیقی فیزیک UMD و ناتانیل اشتین شولتز دانشجوی دکتری رشته فیزیک توسعه داده شده است، کنترل دقیق خصوصیات ذرات همانند ترکیب و تعداد کلی ذرات غیر الماسی را ممکن می سازد. نانوذرات هیبریدی می توانند طراحی کیوبیت های قابل کاربرد در درجه حرارت اتاق را برای کامپیوترهای کوانتومی سرعت ببخشند، همین طور تصویربرداری زیست پزشکی را توسعه بدهند و در زمینه سنسورهای حرارتی و مغناطیسی نیز مفید باشند که این ها تنها نمونه هایی از کاربردهایش می باشد. 
ماتیو دوتی، استادیار علوم و مهندسی مواد دانشگاه دلور که نقشی در این مطالعه نداشته است می گوید: "مواد هیبریدی غالباً خصوصیات منحصر به فردی دارند که از تعاملات بین ترکیبات مختلف هیبریدی ناشی می شود. این مسئله مخصوصاً در خصوص مواد نانوساختاری مصداق دارد که در موردشان امکان رخ دادن تعامل های مکانیکی کوانتومی قدرتمند وجود دارد. روش جدید تیم UMD فرصت منحصر بفردی را جهت تولید گسترده آندسته از مواد هیبریدی که به صورتی بسیار دقیق سفارشی شده اند، را پیش روی ما می گذارد. انتظار من آنست که پیشرفت صورت گرفته، راهبردهای جدیدی را برای فناوری های تشخیصی و حسی ایجاد کند."
خصوصیات خاص نانوالماس ها به واسطه خلاهای نیتروژنی تعیین می شود که موجب بروز نقصان هایی در ساختار کریستالی الماس می گردد. الماس خالص متشکل از شبکه عادی اتم های کربن است و کاملاً شفاف می باشد. با اینحال، الماس های خالص در طبیعت بسیار نادر هستند و بسیاری از آنها نقصان هایی دارند که ناشی از ناخالصی های غیرکربنی از قبیل نیتروژن، بور و فسفر است. همین نقصان ها موجب خلق تفاوت رنگ مطلوب و ظریفی می شود که در الماس های جواهری مشاهده می کنیم.
 هرچند در مطالعه حاضر به شرح الماس ها با جایگزین های نیتروژنی پرداخته شده است، اما اویانگ به این نکته اشاره دارد که می شود همین تکنیک را توسعه داده و به سایر ناخالصی های الماس هم گسترش داد که هر کدامشان می تواند فرصت های جدید را در اختیار قرار بدهد. 
اویانگ شرح می دهد: "از نقاط قوت عمده تکنیک ما آنست که در سطح گسترده ای قابل استفاده می شود و می توان آنرا بر روی انواع مختلفی از الماس ها استفاده کرد و با انواع مختلف نانومواد جفت نمود. در واقع می توان نسبتاً آسان نسبت به درجه بندی اش هم اقدام کرد. ما علاقمند به مشاهده اصول فیزیکی بنیادین درمطالعه خود بودیم، اما کاربردهای خاص را هم مدنظر داشتیم. پتانسیلِ این روش برای کاربرد کوانتومی در درجه حرارت اتاق به طور اخص بسیار جالب و مهم می باشد."

کلمات کلیدی

اشتراک

درباره نویسنده

هنگامه خوش خلق

هنگامه خوش خلق

اینجانب فعالیت خود را به عنوان مترجم از سال 88 و با همکاری با انتشارات طاهریان آغاز کردم .و سپس به عنوان کارمند مترجم با شرکت های مختلفی همکاری داشته ام . در این میان لازم به ذکر است که فعالیت های اینجانب علاوه بر ترجمه کتاب (در آخرین مورد نشر آوند دانش)شامل ترجمه مقالات ، همکاری به عنوان مترجم شفاهی در دوره ها و سمینارهای مختلف و کار به عنوان مسئول مکاتبات و مکالمات خارجی شرکت توسعه اطلاعات بوده است .علاوه بر زبان انگلیسی ، آشنایی متوسط با زبان های اسپانیولی و ترکی استانبولی را نیز دارا می باشم .

 

شما اولین نفری باشید که برای این خبر نظر میدهد
تصویر امنیتی



عبارت در تصویر را وارد کنید


محققان راهی برای خودترمیمی کامپوزیتها در دمای بسیار پایین یافتند

محققان راهی برای خودترمیمی کامپوزیتها در دمای بسیار پایین یافتند

دانشمندان روشی را توسعه داده اند که توسط آن موادی که عموماً در صنایع هوایی و ماهواره ها استفاده می شوند می توانند به خودترمیمیِ شکستها و خش های خود در دمای زیر انجماد بپردازند. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
راه حلی مؤثر و کم هزینه برای ذخیره انرژی خورشیدی

راه حلی مؤثر و کم هزینه برای ذخیره انرژی خورشیدی

چگونه می توان انرژی خورشیدی را برای استفاده در زمانی که تابش خورشید وجود ندارد ذخیره کرد؟ یک راه حل تبدیل انرژی خورشیدی به هیدروژن توسط الکترولیز آب است. این ایده به این صورت است که از الکتریسیته ای که توسط انرژی خورشیدی (پنلهای خورشیدی) بدست می آید برای تجزیه ملوکولهای آب به اکسیژن و هیدروژن استفاده شود. سپس هیدروژن خالص را می توان بعنوان منبع انرژی الکتریسیته ویا یک منبع سوختی استفاده کرد. اما دقیقاً همینجاست که موضوع پیچیده می شود. حتی با وجود فناوری های مختلفِ تولید هیدروژن و نتایج نوید بخش آزمایشگاهی، هنوز این روش بسیار ناپایدار و گران است و صرفاً برای استفاده های بزرگ تجاری دارای صرفه است. حال، رویکرد جدیدی توسط محققانِ سوئیسی عرضه شده است. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
تولید سوخت از دی اکسید کربن

تولید سوخت از دی اکسید کربن

در مطالعه ای جدید که توسط دپارتمان انرژی آرگونه از لابراتوار ملی آمریکا و دانشگاه ایلینویز در شیکاگو انجام شد، محققان موفق به یافتن راهی شدند تا با کمک نور آفتاب، دی اکسید کربن را به یک منبع قابل استفاده انرژی تبدیل کنند. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
قهوه جوشی با قابلیت کشت قارچ

قهوه جوشی با قابلیت کشت قارچ

اگر از زمره عاشقان قهوه هستید و در عین حال قارچ هم از چاشنی های همیشگی غذاهای شماست احتمالاً از همین الان تصمیم قطعی برای خرید این دستگاه را خواهید گرفت. این دستگاه جالب توسط آدریان پرز طراح بارسایی طراحی و تولید شده است. دستگاه های قهوه جوش صرفاً دو دهم درصد از قهوه را تبدیل به نوشیدنی می کنند و مابقی بصورت تفاله دور ریخته می شود. گرچه استفاده از تفاله قهوه بعنوان بستری برای پرورش قارچ موضوع جدیدی نیست ولی در پشت دستگاهی که در ادامه بررسی می کنیم تفکر خلاقانه ای وجود دارد. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
پیشرفت تکنولوژی پهپادها

پیشرفت تکنولوژی پهپادها

پهپادها بزودی قادر خواهند بود همانند یک پرنده ویا یک حشره بالدار تصاویر محیط را دریافت کرده، پردازش نمایند و بدون نیاز به دخالت نیروی انسانی، رادار وحتی هدایت GPS ماهواره ای راه خود را بیابند. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
سوشی‌خوری نوزومی، طرحی توسط ماسکسپاسیو که همانند خیابانی ژاپنی طراحی شده است.

سوشی‌خوری نوزومی، طرحی توسط ماسکسپاسیو که همانند خیابانی ژاپنی طراحی شده است.

عکس از استودیوی عکس کولیتی تمامی تصاویر توسط ماسکسپاسیو در اختیار قرار گرفته است. گروه مشاوران خلاق ماسکسپاسیو از اسپانیا، طراحی سوشی‌خوری نوزومی را در بارسلونای این کشور به عهده داشته اند. براساس این پروژه، شرکت مذکور مسئول برندسازی و طراحی داخلی رستورانی متعلق به خوزه میگوئل اررا و نویا مورل، دو کارآفرین مشتاق و متخصص در امر سوشی سنتی اصیل ژاپنی بوده است.

مطالعه متن کامل
کمک به حل یک راز باستانی در پرو با تصاویر گرفته شده از فضا

کمک به حل یک راز باستانی در پرو با تصاویر گرفته شده از فضا

همانطور که می دانید از دایره های مرموزِ موجود در زمین های کشاورزی گرفته تا اهرام مصر، بناهای شاخص بسیاری روی سطح زمین وجود دارد که توضیح کاملی برایشان ارائه نشده است. اما به لطف تصاویر ماهواره ای هم اکنون کمتر رازی سر به مهر باقی می ماند.

مطالعه متن کامل
کشفیات حیرت انگیز ناسا درباره ی جریان های یخ و گرد و غبار هیدروکربنی پلوتون

کشفیات حیرت انگیز ناسا درباره ی جریان های یخ و گرد و غبار هیدروکربنی پلوتون

ناسا جزئیات کشفیات اخیر خود را به همراه تصاویر جدید بدست آمده از سفینه New Horizons (سفینه بدون سرنشینی که به سوی پلوتون و خارج از منظومه شمسی پرتاب شده) منتشر کرد. تصاویر و اطلاعات به دست آمده از New Horizons نشانگر غباری هستند که احتمالا منشاء رنگ سرخ فام پلوتون است. این تصاویر و داده ها همچنین حکایت از یخ هایی دارند که همانند یخرودهای زمنی در جریانند. آژانس فضایی آمریکا همچنین ویدیوی شبیه سازی شده ای از پرواز ارتفاع پایینِ سفینه New Horizons را به اشتراک گذاشت.

مطالعه متن کامل
تک خالهای چینی از راه رسیدند، هواوی گوشی های Huawei P8 و P8max را معرفی کرد

تک خالهای چینی از راه رسیدند، هواوی گوشی های Huawei P8 و P8max را معرفی کرد

در این روزها که تمام کمپانی ها پرچمداران خود نظیر Samsung Galaxy S6 و S6 edge و HTC M9 را معرفی می کنند، هواوی نیز آخرین گوشی قدرتمند خود را با نام P8 و نوع بزرگتر آن با نام P8max را معرفی کرد.

مطالعه متن کامل
طیف حاصل از کوازار، موضوع ثابت های بنیادین بدون تغییر را روشن می کند

طیف حاصل از کوازار، موضوع ثابت های بنیادین بدون تغییر را روشن می کند

اخترشناسانی که سرگرم مطالعه طیف یک کوازار دوردست هستند، متوجه شده اند که نسبت بین جرم پروتون و جرم الکترون عدد ثابتی می باشد. این نسبت در 12.4 میلیارد سال پیش هم برابر نسبت امروزی بوده است. اگر فیزیک دانان فرضیه هایی را تست کنند که در فراسوی مدل استاندارد و در فراسوی ذاتِ انرژیِ اسرار آمیز ماده تاریک باشند (ماده ای که به انبساط جهان شتاب می دهد)، آن گاه نتایج بدست آمده این واقعیت را در بردارند که انرژی سیاه (در صورت وجود)، از روزهای اولیه پیدایش جهان تاکنون بدون تغییر مانده است.

مطالعه متن کامل