فیزیک‌دانان معمای ۲۰ ساله نانوساختارهای کایرال پایدار را حل کردند

منتشر شده در scitechdaily به تاریخ ۲۷ دسامبر ۲۰۲۲
لینک منبع “A Big Deal” – Physicists Solve 20-Year Mystery of Stable Chiral Nanostructures

الکس تراوست آزمایشگاه تحقیقاتی درخشانی ندارد که مجهز به پیشرفته‌ترین ابزارها برای کاوش در نانومواد جدید و اندازه‌گیری خواص منحصر به فرد آن‌ها باشد.

الکس تراوست، استاد فیزیک و نجوم در دانشگاه ایالتی آیووا و وابسته به آزمایشگاه ملی ایمز در وزارت انرژی ایالات متحده، به جای استفاده از ابزارهای آزمایشگاهی سنتی، برای درک رفتار نانومواد جدید بر مدل‌های کامپیوتری، معادلات و ارقام تکیه می‌کند.

هنگامی که او به یک پروژه تحقیقاتی ملحق می‌شود، اغلب با استفاده از این روش‌های محاسباتی، تحلیل‌های دقیقی از مونتاژ نانوذرات ارائه می‌کند. تخصص تراوست در فیزیک نظری به او اجازه می‌دهد تا بینش و درک ارزشمندی از فرآیندهای پیچیده در کار در نانومواد ارائه دهد.

نمونه موردی: محاسبات و تصاویر تراوست Chiral Tetrahedrکه بخشی از یک مقاله تحقیقاتی است که به تازگی توسط مجله Natureمنتشر شده است. این محاسبات نشان می‌دهد که چگونه تبخیر کنترل‌شده محلولی حاوی نانوذرات طلای چهاروجهی شکل بر روی یک بستر سیلیکونی جامد می‌تواند در ساختار دولایه‌ای چرخ‌شکل شکل جمع شود.

به نظر می رسد که این نانوساختار کایرال است، به این معنی که با تصویر آینه‌ای آن یکسان نیست. (مثال کلاسیک یک دست و انعکاس آن است. شست‌ها به طرف مقابل ختم می‌شوند و بنابراین نمی‌توان یک دست را روی دست دیگر قرار داد. این کایرالیته است.)

تراوست گفت که تولید یک نانوساختار پایدار با خواص کایرال کار بزرگی است.

محققان نزدیک به 20 سال است که سعی کرده‌اند نانوساختارهای کایرال را جمع‌آوری کنند - تقریباً به همان اندازه که محققان نانوساختارها را مطالعه می‌کنند. بر اساس مقاله Nature، چنین ساختارهایی می‌توانند به مواد مهندسی شده خاص با "ویژگی‌های نوری، مکانیکی و الکترونیکی غیرمعمول" منجر شوند.

تراوست که طی یک کنفرانس علمی مجازی به محققان اصلی پروژه از دانشگاه ایلینویز Urbana-Champaignمعرفی شد، حتی مطمئن نبود که این ساختار کایرال جدید در دنیای واقعی وجود داشته باشد.

او گفت: «این یک ساختار بسیار باز بود. معمولاً با نانوذرات، این ساختارها هرگز پایدار نیستند».

تراوست گفت، اما این یکی توسط انواع مختلفی از نیروهای الکترواستاتیکی نگه داشته شد. "آن‌ها در تداوم خود غیرعادی بودند."

کایرالیته ساختار با قرار گرفتن در دو بستر مختلف امکان‌پذیر شد - هوا در بالا و یک سطح جامد در پایین. اندازه‌گیری‌های نوری در دانشگاه میشیگان با گزارش یک اثر نوری بسیار قوی در پاسخ به نور پلاریزه، کایرالیته را تأیید کرد.

تراوست گفت: "این ساختار بسیار باز با پاسخ نوری کایرال بسیار مهم بود." "مردم برای مدت طولانی تلاش کرده‌اند این کار را انجام دهند. اما ساختار همیشه ناپایدار بوده یا قابل تحقق نبوده است. این اولین نمونه‌ای است که به دست آمده است.»

باز هم، یک معامله بزرگ.

تراوست گفت: "به عنوان یک نظریه‌پرداز که در همه چیز نانوذرات کار می‌کند، من همیشه به چگونگی جمع‌آوری آرایش‌های نانوذراتی که کایرال هستند علاقه‌مند بوده‌ام."

بر اساس مقاله نیچر، "توپولوژی و فیزیک منحصر‌به‌فرد" این نانوساختارهای کایرال، "خودآرایی آن‌ها را از نانوذرات بسیار مورد توجه و در عین حال چالش‌برانگیز" می‌کند.

تراوست گفت که آزمایش‌گران در این گروه تحقیقاتی بر اساس کشف خود، اطلاعات بیشتری در مورد خواص نانوساختار و به طور بالقوه نحوه استفاده از آن‌ها در پوشش‌هایی برای کاربردهای نوری خواهند آموخت.

برای نظریه‌پردازان نانوذرات که با مدل‌ها، معادلات و ارقام خود کار می‌کنند، تراوستگفت که کار زیادی در پیش است.

او گفت: «علیرغم برخی موفقیت‌ها، تئوری به نوعی عقب مانده است. ما هنوز در موقعیتی نیستیم که بتوانیم مواد مبتنی بر نانوذرات را تنها از مدل‌های نظری/محاسباتی طراحی کنیم. در واقع، من و سایر همکاران در حال برگزاری یک کارگاه آموزشی هشت هفته‌ای برای رسیدگی به این چالش هستیم.»

این متن با استفاده از ربات ترجمه مقالات تکنولوژی ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است. در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.