تعتمد العديد من التطورات التكنولوجية الحالية على الحاجة إلى اكتشافات مادية جديدة. ومع ذلك، فإن فهم أنماط التفاعل ضروري لتصميم طرق التوليف التي تؤدي إلى مواد الحالة الصلبة الجديدة والمستهدفة. إن التقدم في علم التوليف مطلوب لتعزيز الإنتاجية وتسريع اكتشاف مواد جديدة.
العلماء في وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) مختبر أرجون الوطني، جامعة نورث وسترن، و جامعة شيكاغو لقد طوروا طريقة جديدة لاكتشاف وصنع مواد بلورية جديدة تحتوي على عنصرين أو أكثر.
قال Xiuquan Zhou، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة أرجون والمؤلف الأول للورقة البحثية: "لقد نشأت طريقة اختراعنا من البحث في الموصلات الفائقة غير التقليدية. وهي مواد صلبة تحتوي على عنصرين أو أكثر، وأحدها على الأقل ليس فلزًا. وتتوقف عن مقاومة مرور الكهرباء عند درجات حرارة مختلفة، بدءًا من درجة حرارة أبرد من الفضاء الخارجي وحتى تلك الموجودة في مكتبي.
تبدأ عملية الاختراع للفريق بحل مكون من مكونين. واحد هو مذيب فعال للغاية. وأي مواد صلبة تضاف إلى المحلول تذوب فيه وتتفاعل معه. البديل هو مذيب أقل قوة. ومع ذلك، فهو موجود لضبط كيفية سلوك التفاعل عند إضافة عناصر أخرى لإنشاء مادة صلبة جديدة. يتم ضبط درجة حرارة ونسبة المكونين أثناء هذا الضبط. تتراوح درجة الحرارة هنا من 750 إلى 1,300 درجة فهرنهايت، وهي درجة عالية جدًا.
قال ميركوري كاناتزيديس، أستاذ الكيمياء في جامعة نورث ويسترن والذي يعمل في جامعة أرجون: "نحن لسنا معنيين بتحسين المواد المعروفة ولكن باكتشاف مواد لم يكن أحد يعرف عنها أو يتخيل المنظرون وجودها. وبهذه الطريقة، يمكننا تجنب مسارات التفاعل مع المواد المعروفة واتباع مسارات جديدة نحو المجهول وغير المتوقع.
ومن أجل الاختبار، طبق العلماء طريقتهم على مركبات بلورية مكونة من ثلاثة إلى خمسة عناصر. وقد أسفرت طريقة اكتشافهم عن 30 مركبًا لم تكن معروفة من قبل. عشرة منهم لديهم هياكل لم يسبق لها مثيل من قبل.
في 17-BM-B التابع لقسم علوم الأشعة السينية التابع لمصدر الفوتون المتقدم، ومرفق المستخدم التابع لمكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة في أرجون، وخط شعاع UChicago ChemMatCARS في 15-ID-D، أنشأ العلماء بلورات مفردة لبعض هذه البلورات. مركبات جديدة ووصف بنيتها.
17- عالم خط شعاع BM-B وينكيان شو محمد"باستخدام خط الشعاع 17-BM-B الخاص بـ APS، تمكنا من تتبع تطور الهياكل للمراحل الكيميائية المختلفة التي تشكلت أثناء عملية التفاعل.
وقال تشو، "تقليديًا، اخترع الكيميائيون وصنعوا مواد جديدة بالاعتماد فقط على معرفة المكونات الأولية والمنتج النهائي. أتاحت لنا بيانات APS أن نأخذ في الاعتبار أيضًا المنتجات الوسيطة التي تتشكل أثناء التفاعل.
وبالنظر إلى إمكانية معالجة أي مادة بلورية باستخدام هذه التقنية، فهذه مجرد بداية لما هو ممكن. ويمكن استخدامه أيضًا لإنشاء مجموعة متنوعة من التكوينات البلورية. يتكون هذا من طبقات يتم تشكيلها عدة مرات، وطبقة يبلغ سمكها ذرة واحدة فقط، وسلاسل من الجزيئات غير المترابطة.
هذه الهياكل غير العادية لها خصائص مختلفة وهي أساسية للتطور مواد الجيل القادم لا ينطبق ذلك على الموصلات الفائقة فحسب، بل ينطبق أيضًا على الإلكترونيات الدقيقة والبطاريات والمغناطيس والمزيد.
المرجع مجلة:
- Xiuquan Zhou et al، اكتشاف هياكل وتركيبات الكالكوجينيدات باستخدام التدفقات المختلطة، الطبيعة (2022). معرف الهوية الرقمي: 10.1038/s41586-022-05307-7
