حقق علماء من جامعة أوكلاهوما اختراقا لافتا في عالم تكنولوجيا النقاط الكمومية بعد تمكنهم من دمج عنصر المنغنيز داخل بنيتها، وهو ما اعتُبر سابقا أمرا شبه مستحيل. هذا التطور يفتح الباب أمام جيل جديد من المواد المغناطيسية فائقة السطوع، مع تطبيقات واسعة تمتد من الخلايا الشمسية إلى أنظمة الإضاءة الزراعية والحوسبة الكمومية.

النقاط الكمومية هي بلورات شبه موصّلة بالغة الصغر، ويتحدد لون الضوء الصادر عنها بحجمها. وتستخدم اليوم في الشاشات الحديثة، وتقنيات الإضاءة، والتطبيقات الطبية، والطاقة. إلا أن إضافة المنغنيز إليها ظلت تحديا كبيرا، رغم المزايا المغناطيسية والبصرية التي يوفرها.

“تطعيم غير قابل للتطعيم”… كيف تحقق المستحيل؟

ركز البحث على جسيمات تُعرف باسم CsPbBr3، وهي نقاط كمومية تُستخدم بالفعل في الإضاءة المتقدمة وبعض أنظمة الطاقة التجريبية. وقال الأستاذ المساعد ياتونغ دونغ:

“من الصعب بشكل مفاجئ دمج المنغنيز داخل هذه الجسيمات. بحثنا يوضح طريقة ناجحة وفعالة للقيام بذلك… لقد قمنا بتطعيم غير القابل للتطعيم”.

واكتشف الفريق أن إزالة بعض أيونات السيزيوم الموجبة وخلق بيئة كيميائية غنية بالبروم يسمح للنقاط الكمومية بامتصاص أيونات المنغنيز. النتيجة كانت مذهلة، إذ استبدلت الجسيمات ما يقارب 40% من ذرات الرصاص بالمنغنيز.

الأثر البصري كان واضحا. قبل التطعيم كانت النقاط تشع باللون الأزرق، وبعد إضافة المنغنيز تحولت إلى ضوء برتقالي دافئ بكفاءة شبه مثالية. وأوضح دونغ أن هذا التغير لا يعود إلى اختلاف الحجم كما هو معتاد، بل إلى تغيير كيميائي جذري في بنية البلورات.

تطبيقات تمتد من الزراعة إلى الحوسبة الكمومية

هذا الإنجاز قد يدعم ثورة في عدة قطاعات. فالضوء البرتقالي ألطف على العين البشرية، كما أنه مثالي للزراعة الداخلية لأن النباتات تمتص الضوء الدافئ بكفاءة أكبر. كما قد يساعد في تحسين أداء الخلايا الشمسية بفضل سلوك النقاط الكمومية المحسّن.

وتشير النتائج إلى أن هذه النقاط قد تكون أقل تكلفة في الإنتاج لأنها لا تحتاج إلى طبقات حماية إضافية. إضافة المنغنيز تجعلها أيضا مواد مغناطيسية، ما يفتح الباب أمام استخدامها في التصوير الطبي، والإلكترونيات المعتمدة على الدوران المغزلي، وتقنيات الاتصالات الجديدة.

أما في الحوسبة الكمومية، فقد يصبح لهذه الجسيمات دور محوري. فالمواد المطعّمة بالمنغنيز قد تعمل كـ كيوبتات ضوئية تتحكم بها أشعة الضوء بدلا من الكهرباء، ما يقلل التداخل ويحسّن الاستقرار.

خطوات مستقبلية ووعود علمية

يقول دونغ إن العمل لم ينته بعد، فالبحث المستقبلي سيهدف إلى ضبط مستويات التطعيم عبر أحجام الجسيمات المختلفة ودراسة سلوك أيونات المنغنيز داخل البنية البلورية. وأضاف:

“نحن متحمسون لانضمام عائلة جديدة من المواد إلى هذا المجال. إنها رخيصة، قابلة للتطوير، وفعالة بشكل مذهل دون هندسة معقدة… ومع التطعيم تصبح أكثر مرونة وقدرة”.

و نُشرت الدراسة في Journal of the American Chemical Society.

المصدر: Interesting Engineering