طور باحثون في جامعة أوبرن نوعًا جديدًا من المواد التي تتحكم بدقة في الإلكترونات الحرة، مما قد يحدث ثورة في الحوسبة الكمومية وتصنيع الكيماويات. من خلال تثبيت مقدمات الإلكترونات المذابة على أسطح مستقرة، حقق الفريق سلوكًا إلكترونيًا قابلًا للتعديل. تم نشر النتائج في ACS Materials Letters.
الإلكترونات، الجسيمات المشحونة الصغيرة المركزية في التفاعلات الكيميائية والعمليات التكنولوجية، عادةً ما تبقى محصورة داخل الذرات، مما يحد من تطبيقاتها. في الإلكتريدات، ومع ذلك، تتحرك الإلكترونات بحرية، مما يمكن إمكانيات جديدة في نقل الطاقة والترابط والتوصيلية. الفريق متعدد التخصصات في جامعة أوبرن، الذي يشمل الكيمياء والفيزياء وهندسة المواد، قد تقدم في هذا المجال من خلال إنشاء إلكتريدات مثبتة على السطح. تربط هذه المواد مقدمات الإلكترونات المذابة —مجمعات جزيئية معدنية معزولة— بأسطح متينة مثل الماس والكربيد السيليكوني، مما يجعل الإلكتريدات مستقرة وقابلة للتعديل وقابلة للتوسع.
تسمح الابتكار بتعديل الإلكترونات: يمكنها تشكيل 'جزر' معزولة تعمل كبتات كمومية للحوسبة المتقدمة أو الانتشار في 'بحار' ممتدة لتسهيل التفاعلات الكيميائية المعقدة. هذه التنوعية يمكن أن تؤدي إلى حواسيب كمومية تحل مشكلات معقدة ومحفزات تسرع إنتاج الوقود والأدوية والمواد الصناعية.
"من خلال تعلم كيفية السيطرة على هذه الإلكترونات الحرة، يمكننا تصميم مواد تقوم بأشياء لم تقصدها الطبيعة أبدًا"، قال الدكتور إيفانجيلوس ميليوردوس، أستاذ مشارك في الكيمياء في أوبرن ومؤلف رئيسي للدراسة، التي اعتمدت على نمذجة حاسوبية متقدمة.
عانت الإلكتريدات السابقة من عدم الاستقرار ومشكلات التوسع، لكن هذا النهج القائم على السطح يتغلب على تلك العقبات، رابطًا النظرية بالأجهزة العملية. "بينما تدفع مجتمعنا حدود التكنولوجيا الحالية، فإن الطلب على أنواع جديدة من المواد ينفجر"، لاحظ الدكتور مارسيلو كورودا، أستاذ مشارك في الفيزياء في أوبرن. "عملنا يظهر مسارًا جديدًا نحو مواد تقدم فرصًا للتحقيقات الأساسية في التفاعلات في المادة بالإضافة إلى التطبيقات العملية."
"هذه علم أساسي، لكنه له آثار حقيقية جدًا"، أضاف الدكتور كونستانتين كليوكين، أستاذ مساعد في هندسة المواد. "نحن نتحدث عن تقنيات يمكن أن تغير طريقة حسابنا وطريقة تصنيعنا."
الدراسة، بعنوان "إلكتريدات مع دلالة إلكترونية قابلة للتعديل للتطبيقات في الحوسبة الكمومية والتحفيز"، شارك في تأليفها الطلاب الخريجون أندريه إيفدوكيموف وفالنتينا نيس تيروف. تلقت دعمًا من المؤسسة الوطنية الأمريكية للعلوم وموارد الحوسبة في أوبرن.