كما لعب «الأتو ثانية»، وهو أقصر مقياس زمني حققه العلماء على الإطلاق، دورًا في فوز ثلاثة علماء بـ«جائزة نوبل في الفيزياء» عام 2023، وتطوير «النقاط الكمومية»، وهي «جسيمات نانوية صغيرة جدًا». أن حجمها يتحكم في خصائصها”، ساهم في الفوز بـ”جائزة نوبل في الفيزياء” عام 2023. وفاز 3 علماء آخرين، أحدهم من أصل تونسي، بجائزة نوبل في الكيمياء.
أعلنت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم، التي تمنح جائزة نوبل في الكيمياء، الأربعاء، عن الفائزين منجي الباوندي (فرنسي المولد ومن أصل تونسي)، ولويس بروس (من الولايات المتحدة)، وأليكسي إكيموف (من مواليد روسيا). )، وهم علماء يعملون في الولايات المتحدة في مجال الجسيمات النانوية. حصل على جائزة “لاكتشاف وتطوير النقاط الكمومية”.
النقاط الكمومية هي جسيمات صغيرة جدًا، يتراوح قطرها من 2 إلى 10 نانومتر، وتُستخدم هذه المكونات الأصغر من تكنولوجيا النانو الآن لتوزيع الضوء من أجهزة التلفزيون والصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LEDs). كما يمكنها أيضًا توجيه الجراحين عند إزالة أنسجة الورم، حيث يتم استخدامها لتحفيز تفاعلات كيميائية محددة، كما يمكن لضوءها الساطع أن يحفز مضان أنسجة الورم وإضاءتها لتوجيه الجراحين أثناء إزالة الأنسجة السرطانية ولاستخدامات أخرى. لبيان الأكاديمية.
وكشفت لجنة نوبل أن جميع الفائزين كانوا روادا في استكشاف عالم النانو، الذي يقاس فيه حجم المادة بأجزاء من المليون من المليمتر.
منجي الباوندي هو كيميائي أمريكي نشأ في فرنسا وتونس، ويعمل في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في الولايات المتحدة الأمريكية.
ولد الباوندي في باريس عام 1961. وهو نجل محمد صالح الباوندي، أمريكي وتونسي المولد، الذي عمل أستاذا فخريا للرياضيات في جامعة كاليفورنيا.
هاجر منجي إلى الولايات المتحدة في سن مبكرة بعد أن أمضى سنوات طفولته المبكرة في فرنسا ثم في تونس. حصل على درجة الماجستير في الكيمياء من جامعة هارفارد عام 1983 والدكتوراه في الكيمياء من جامعة شيكاغو عام 1988، وأنشأ مختبرًا للكيمياء. بدأ بإجراء العديد من الأبحاث بهدف مواصلة استكشاف العلوم وتطوير تكنولوجيا البلورات النانوية وغيرها من الهياكل النانوية المصنعة كيميائيًا.
تركز أبحاث البوندي بشكل كبير على دراسة النقاط الكمومية لأشباه الموصلات الغروية، وتنقسم مشاريعه البحثية إلى التحليل الطيفي، وعلم الأحياء، والأجهزة.
أما لويس بروس، فهو من مواليد عام 1943 في كليفلاند بولاية أوهايو، وحصل على الدكتوراه عام 1969 من جامعة كولومبيا. يعمل أستاذا في جامعة كولومبيا.
بينما ولد أليكسي إيكيموف عام 1945 في روسيا، وحصل على الدكتوراه عام 1974 من معهد يوفي الفيزيائي التقني في سانت بطرسبورغ، ويعمل حاليا في شركة “Nanocrystals Technology” ومقرها الولايات المتحدة.
النقاط الكمومية هي بلورات صغيرة من أشباه الموصلات، يبلغ حجمها بضع ذرات فقط. إنها جزيئات ولكنها تحتوي على بعض خصائص الذرات المفردة.
يتيح ذلك ضبطها حتى تتمكن من إصدار أطوال موجية محددة من الضوء. على سبيل المثال، يمكن للنقاط الكمومية من سيلينيد الكادميوم أن تبعث الضوء الأزرق إذا كانت الجسيمات صغيرة، ولكن الضوء الأحمر للبلورات الأكبر حجما.
تُستخدم النقاط الكمومية في التطبيقات التي تحتاج إلى أطوال موجية محددة من الضوء، بدءًا من شاشات التلفزيون الأكثر سطوعًا وحتى التصوير البيولوجي، وفقًا لمجلة Nature.
وتستخدم النقاط الكمومية أيضًا في تطبيقات صناعية متعددة، بما في ذلك مصابيح LED التي تنتج الضوء بكفاءة أكبر من المصابيح التقليدية، بالإضافة إلى دورها في صنع أجهزة كمبيوتر أصغر حجمًا وأكثر كفاءة.
وفي المجالات الطبية يمكن استخدام النقاط الكمومية لتصوير الخلايا والأعضاء بدقة أكبر، كما يمكن استخدامها أيضًا لعلاج السرطان من خلال توجيه العلاج إلى الخلايا السرطانية فقط.
ماذا قدم الفائزون؟
لعقود من الزمن، كانت الظواهر الكمومية في العالم النانوي مجرد تنبؤ. عندما أنتج أليكسي إيكيموف ولويس بروس النقاط الكمومية الأولى، عرف العلماء بالفعل أنها يمكن أن تمتلك خصائص غير عادية من الناحية النظرية. ومع ذلك، يعتقد عدد قليل من الناس أنه يمكن تسخير التأثيرات الكمومية.
أثناء حصوله على الدكتوراه، درس إكيموف أشباه الموصلات، وهي مكونات مهمة في الإلكترونيات الدقيقة. في هذا المجال، يتم استخدام الطرق البصرية كأدوات تشخيصية لتقييم جودة المواد شبه الموصلة. ويقوم الباحثون بتسليط الضوء على المادة وقياس امتصاصها، وهذا يكشف عن المواد التي تتكون منها المادة ومدى ترتيب التركيب البلوري، بحسب بيان الأكاديمية.
كان إيكيموف على دراية بهذه الأساليب، لذلك بدأ في استخدامها لفحص الزجاج الملون. وبعد بعض التجارب الأولية، قرر إنتاج الزجاج الملون بكلوريد النحاس بشكل منهجي. قام بتسخين الزجاج المنصهر إلى نطاق من درجات الحرارة بين 500 درجة مئوية و700 درجة مئوية، مما أدى إلى تغيير وقت التسخين من ساعة واحدة إلى 96 ساعة. وبمجرد أن يبرد الزجاج ويتصلب، يقوم بتصويره بالأشعة السينية.
وأظهرت الأشعة المتناثرة أن بلورات صغيرة من كلوريد النحاس قد تشكلت داخل الزجاج وأن عملية التصنيع أثرت على حجم هذه الجزيئات. وفي بعض عينات الزجاج، كان حجمه حوالي 2 نانومتر فقط، وفي عينات أخرى يصل إلى 30 نانومتر.
ومن المثير للاهتمام أنه تبين أن امتصاص الزجاج للضوء يتأثر بحجم الجزيئات. تمتص الجسيمات الأكبر الضوء بنفس الطريقة التي يمتصها كلوريد النحاس عادة، ولكن كلما كانت الجسيمات أصغر، كلما كان الضوء الذي امتصته أكثر زرقة.
بصفته فيزيائيًا، كان إكيموف على دراية جيدة بقوانين ميكانيكا الكم، وسرعان ما أدرك أنه لاحظ تأثيرًا كميًا يعتمد على الحجم. وكانت هذه هي المرة الأولى التي ينجح فيها أي شخص في إنتاج النقاط الكمومية عمدا، وهي جسيمات نانوية تسبب تأثيرات كمية تعتمد على الحجم. وفي عام 1981، نشر إكيموف اكتشافه في مجلة علمية سوفيتية. أثبت إكيموف أن حجم الجسيمات يؤثر على لون الزجاج من خلال التأثيرات الكمية.
في المقابل، لم يكن لويس بروس على علم باكتشاف أليكسي إكيموف عندما أصبح في عام 1983 أول عالم في العالم يوضح التأثيرات الكمية المعتمدة على الحجم في الجسيمات العائمة بحرية في السائل.
في عام 1993، أحدث منجي البوندي ثورة في الإنتاج الكيميائي للنقاط الكمومية؛ وأدى ذلك إلى إنتاج جزيئات مثالية تقريبًا، وكانت هذه الجودة العالية ضرورية لاستخدامها في التطبيقات.
الحلم يتحقق
وقال الدكتور يوهان أكفيست، رئيس لجنة جائزة نوبل في الكيمياء بالأكاديمية، خلال المؤتمر الصحفي للإعلان عن الفائزين بالجائزة: “لفترة طويلة، لم يعتقد أحد أنه يمكنك بالفعل صنع مثل هذه الجسيمات الصغيرة”. وعرض أمامه 5 قوارير ملونة قال إنها تحتوي على نقاط. الكم في محلول سائل، وقال: «لكن الفائزين هذا العام نجحوا».
وقال أكفيست، لكي تكون النقاط الكمومية مفيدة للغاية، يجب أن يتم تصنيعها في محلول “مع تحكم رائع في حجمها وسطحها”، مشيراً إلى أن البوندي اخترع طريقة كيميائية بارعة “للقيام بذلك”.
تضيء النقاط الكمومية الآن شاشات الكمبيوتر وشاشات التلفزيون المعتمدة على تقنية QLED. كما أنها تضيف اختلافًا طفيفًا إلى ضوء بعض مصابيح LED، ويستخدمها علماء الكيمياء الحيوية والأطباء لرسم خريطة للأنسجة البيولوجية. ولذلك فإن النقاط الكمومية تحقق أكبر فائدة للإنسانية، بحسب بيان اللجنة. .
ويعتقد الباحثون أنه في المستقبل يمكنهم المساهمة في الإلكترونيات المرنة، وأجهزة الاستشعار الصغيرة، والخلايا الشمسية الأرق، والاتصالات الكمومية المشفرة، لذلك بدأنا للتو في استكشاف إمكانات هذه الجسيمات الصغيرة.
