كشفت الأبحاث المبتكرة التي أجريت على طبقات الذهب الرقيقة عن سلوك جديد للتألق الضوئي مع تطوير فهمنا لقياس درجة الحرارة وكذلك التفاعلات الكيميائية على مستوى النانومتر.
[ترجمة د. موشيه نحماني]
يؤدي هذا الاختراق إلى تطوير استخدام المعادن في أبحاث الطاقة ويقدم طرقًا جديدة لقياس العمليات التي تحدث على السطح والتي تعتبر ضرورية لتطوير الخلايا الشمسية.
ابتكر باحثون من المدرسة الفيدرالية للفنون التطبيقية في لوزان (EPFL) أول نموذج تفصيلي يشرح العواقب الميكانيكية الكمومية التي تسبب وجود ظاهرة أوريون في طبقات الذهب الرقيقة. التلألؤ، وهو العملية التي تبعث فيها المواد الفوتونات عند تعرضها للضوء، تمت ملاحظته لفترة طويلة في المواد شبه الموصلة، مثل السيليكون (السيليكون)، خلال هذه الظاهرة، تشارك الإلكترونات التي تمتص الضوء على مستوى النانومتر وتنبعث منها في النهاية من المادة. يوفر هذا السلوك للباحثين العديد من الأفكار حول خصائص أشباه الموصلات ويجعلها أدوات مفيدة لقياس العمليات الإلكترونية، مثل تلك التي تحدث في الخلايا الشمسية والبطاريات.
يوفر هذا السلوك للباحثين رؤى قيمة حول خصائص أشباه الموصلات، مما يجعلها أدوات فعالة لقياس العمليات الإلكترونية، مثل تلك المستخدمة في الخلايا الشمسية. في عام 1969 اكتشف العلماء أن جميع المعادن تنبعث منها إشعاعات ضوئية عند مستوى معين، لكن مع مرور السنين لم يتمكن العلماء من إيجاد فهم واضح لطبيعة هذه الظاهرة.
هذا الاهتمام المتجدد بانبعاث الضوء، المشتق من رسم خرائط درجات الحرارة والتطبيقات الكيميائية الضوئية، قد أشعل الجدل الدائر حول أصل هذا السلوك. لكن الجواب لا يزال غير واضح، حتى الآن.
يقول مدير مختبر كيمياء النانو لتقنيات الطاقة في كلية الهندسة: "لقد تمكنا من تطوير طبقات ذهبية عالية الجودة، مما يضعنا في موقع فريد من نوعه، مما يسمح لنا بدراسة هذه العملية دون الرجوع إلى التجارب السابقة". [لنت].
يركز البحث الجديد للباحث على شعاع ليزر يستهدف طبقات صغيرة للغاية من الذهب - بين 13 و113 نانومتر - ومن ثم تحليل التوهج الذي ينبعث منه. وكانت البيانات التي تم جمعها من تجارب الباحثين مفصلة للغاية - ومدهشة للغاية - لدرجة أنها دفعت الباحثين إلى التعاون مع العلماء في المجال النظري.
سمح لهم النهج التفصيلي للباحثين بالتركيز على دراسة نوع التحلل الناتج عن الطبقات المضيئة - التي تحددها الإلكترونات المحددة وشركاؤها المعاكسون في الشحنة الكهربائية [الثقوب] وسلوكها عند تعرضها للضوء. كما تمكن الباحثون من إنتاج أول نموذج كامل وكامل لهذه الظاهرة بالذهب، وهو نموذج يمكن تطبيقه على أي معدن آخر.
ويوضح الباحث الرئيسي أنه باستخدام طبقة رقيقة من الذهب أحادي البلورة تمكنوا من إنتاجها بناءً على طريقة اصطناعية جديدة، مما سمح لهم بدراسة عملية التألق الضوئي حيث قاموا بتقليل السُمك أكثر فأكثر. يقول الباحث: "لقد تمكنا من ملاحظة تأثيرات معينة في ميكانيكا الكم ناتجة عن طبقات يبلغ سمكها 40 نانومتر، والتي كانت غير متوقعة لأنه عادة بالنسبة للمعادن، لا تواجه مثل هذه التأثيرات حتى تصل إلى حجم أقل من عشرة نانومتر".
توفر هذه الملاحظات معلومات أساسية حول كيفية حدوث عملية الذهب والموقع الدقيق لها، والمتطلبات الأساسية اللازمة لاستخدام هذه الطبقات ككاشف. ومن النتائج الأخرى غير المتوقعة للبحث اكتشاف إمكانية استخدام إشارة انحناء الذهب لقياس درجة حرارة سطح المادة، وهو مؤشر مهم للعلماء العاملين في مجال النانو.
"بالنسبة للعديد من التفاعلات الكيميائية التي تحدث على سطح المعادن، هناك جدل كبير حول مسألة الظروف التي تحدث فيها هذه التفاعلات. درجة الحرارة هي مؤشر رئيسي، ولكن قياس درجة الحرارة على مستوى النانومتر يمثل تحديًا كبيرًا للغاية، نظرًا لأن درجة الحرارة "يمكن للكاشف نفسه أن يؤثر على القياس نفسه، لذلك، إنها ميزة كبيرة أن تكون قادرًا على قياس المادة أثناء استخدام المادة نفسها ككاشف"، يشير الباحث الرئيسي.
يمكن للمعادن، مثل الذهب والنحاس، أن تبدأ تفاعلات رئيسية معينة، مثل اختزال ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى إلى منتجات قائمة على الكربون، مثل الوقود الشمسي، الذي يخزن الطاقة الشمسية في شكل روابط كيميائية.
يقول أحد الباحثين: "لمكافحة تغير المناخ، سنحتاج إلى تقنيات قادرة على تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد مفيدة أخرى بطريقة أو بأخرى".
"يعد استخدام المعادن أحد الطرق للقيام بذلك، ولكن إذا لم يكن لدى الباحثين فهم جيد لكيفية حدوث هذه التفاعلات على السطح، فلن نتمكن من تحسينها. يقدم Nehornot طريقة جديدة لفهم بالضبط كيف تحدث هذه الظاهرة في هذه المعادن."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
תגובה אחת
الترجمة غير قابلة للقراءة تقريبًا.