ایجاد اتم های مصنوعی سزیم در شبیه ساز کوانتومی
مداربسته: مداربسته: دانشمندان در یک مطالعه جدید از یک شبیه ساز کوانتومی حالت جامد برای ایجاد اتم های مصنوعی بمنظور بررسی رفتار مولکول ها و ساختار اتمی استفاده کردند.
به گزارش مداربسته به نقل از ایسنا و به نقل از آی ای، مطالعه خواص کوانتومی ماده به سبب عوامل زیادی مانند هزینه، پیچیدگی فنی، نیاز به تجهیزات تخصصی و ماهیت ظریف سیستم های کوانتومی چالش برانگیز است و کامپیوتر ها و سیستم های کلاسیک نیز ظرفیت شبیه سازی دنیای پیچیده مکانیک کوانتومی را ندارند.
شبیه سازهای کوانتومی به دانشمندان اجازه می دهند تا سامانه های کوانتومی را مطالعه کنند و مواد، خواص و پدیده های جدیدی را که قبلا ناشناخته بودند، کشف کنند.
شبیه سازهای کوانتومی می توانند کامپیوتر های کوانتومی یا سیستم های فیزیکی باشند که برای کاوش ماده در کوچک ترین مقیاس ها استفاده می شوند.
گروهی از دانشمندان حالا یک شبیه ساز کوانتومی حالت جامد برای شبیه سازی اوربیتال های مولکولی ساخته اند. این گروه تحقیقاتی به سرپرستی الکساندر خواجه توریان از دانشگاه رادبود هلند، از شبیه ساز کوانتومی برای ایجاد بنزن مصنوعی با بهره گیری از اتم های مصنوعی استفاده کردند.
ایجاد اتم های مصنوعی
این تیم پژوهشی ساخت اتم های سزیم مصنوعی را انتخاب نمود. نخستین مرحله، انتخاب ایندیم آنتی موناید(InSb) به عنوان بستر بود. ایندیم آنتی موناید یک نیمه رسانای شکاف باند باریک است که رسانایی لازم، محصور شدن سطح و جدا شدن از مواد حجیم را برای ایجاد اتم های مصنوعی و مطالعه موثر رفتار آنها فراهم می آورد.
سپس این تیم از مهارتهای میکروسکوپ تونلی روبشی و طیف سنجی برای ایجاد محصورات سطحی الکترون ها بر روی سطح نیمه رسانا استفاده کردند. به عبارت ساده، آنها الکترون ها را به سطوح یا حالت های انرژی خاص روی سطح نیمه رسانا محدود کردند.
میکروسکوپ تونلی روبشی(STM) گونه ای از میکروسکوپ کاوشگر روبشی است که برمبنای روبش سطح رسانا بوسیله نوک بسیار باریک(در حد چند نانومتر) و تغییر در میزان جریان عبوری بر حسب فاصله کار می کند. با این میکروسکوپ می توان نحوه آرایش اتم ها در سطح شبکه را به تصویر کشید. به عبارت دیگر تصویر به وجود آمده نشان دهنده آرایش فضایی نوار رسانش فلز یا نیمه هادی است. جریان در اینگونه میکروسکوپ مستقیم(DC) است و جریان بصورت نمایی با فاصله نوک از نمونه رابطه دارد.
گام بعدی، محلی سازی اتم های سزیم بود. آنها از اتم های سزیم بسیار الکترومثبت یا آزاد کننده الکترون در سطح نیمه رسانا استفاده کردند. اتم های سزیم الکترون ها را به حالت محدود در شکاف باند نیمه رسانا آزاد کردند و یک گاز الکترونی دوبعدی تشکیل دادند.
این گاز الکترون دوبعدی چندان قوی با مواد حجیم جفت نمی گردد، به این معنا که رفتار و خواص گاز الکترون دوبعدی نسبتا مستقل و متمایز از خواص مواد حجیم است. این کار به آنها اجازه داد تا اتم های مصنوعی و ساختارهای مولکولی تشکیل شده توسط اتم های سزیم را مطالعه و دستکاری کنند.
در نهایت، آنها اتم های سزیم را در حالت های موضعی مرتب کردند، بطوریکه این ساختار، شبیه به اتمی بدون هسته یا حلقه سزیمی بود. این حلقه های سزیمی پتانسیل های الکترومغناطیسی شبیه به پتانسیل های میان اتم های واقعی را نشان می دهند.
از اتم های مصنوعی تا مولکول های مصنوعی
این تیم کار خودرا با مرتب کردن اتم های مصنوعی در مولکول های مصنوعی، همچون بوتادین ها و بنزن مصنوعی ادامه دادند.
بوتادین ها گروهی از ترکیبات آلی هستند که به طور معمول در تولید لاستیک مصنوعی استفاده می شوند و بنزن نیز یک ترکیب آلی است که در تولید مواد شیمیایی مختلف و به عنوان حلال در صنایعی مانند داروسازی، رنگ و چسب استفاده می شود.
پژوهشگران شواهدی از هیبریداسیون sp2 را در مدلهای دو بعدی خود مشاهده نمودند که به اختلاط اوربیتال های اتمی برای تشکیل اوربیتال های مولکولی اشاره دارد. هیبریداسیون sp2 قابل توجه است، برای اینکه توانایی اتم های مصنوعی را برای تقلید پیوندهای شیمیایی نشان میدهد که می تواند برای مطالعه مواد و خواص جدید مورد استفاده قرار گیرد.
دنیل وگنر، یکی از نویسندگان این مقاله در یک بیانیه مطبوعاتی اظهار داشت: ما حالا می توانیم بازی های فکری را انجام دهیم که قبلا فقط یک نظریه پرداز می توانست با کدنویسی برمبنای نظریه تابعی چگالی(DFT) و در تصور خود ترتیب پیوند یک مولکول را تغییر دهد. یک شیمیدان نمی تواند این کار را انجام دهد. یک شیمیدان فقط می تواند آن چه را که طبیعت تعیین می کند که حالت پایه است، ترکیب کند. اما هیچ آرامشی در حوزه اتم های مصنوعی وجود ندارد. آنها نمی توانند به خودی خود تثبیت شوند و حرکت کنند، بلکه ما آنها را حرکت می دهیم.
این یافته بینش های ارزشمندی را در مورد رفتار اوربیتال های مولکولی و تعامل بین ساختارهای اتمی و خواص الکترونیکی حاصل ارائه می کند که به درک عمیق تر پیوندهای شیمیایی کمک می نماید و بطور بالقوه راه را برای اکتشافات جدید در شیمی کوانتومی و علم مواد هموار می کند.
یافته های این مطالعه در مجله Science انتشار یافته است.
منبع: مداربسته
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب