دانشمندان دانشگاه نیویورک (NYU) روشی یافتهاند که در آن، نور مانند یک ریموتکنترل برای ساخت و تغییر شکل بلورها عمل میکند. پژوهشگران این دانشگاه راهکاری ابداع کردهاند که با استفاده از نور، نحوه چیدمان ذرات میکروسکوپی و تبدیل آنها به بلور را با دقت هدایت میکند. این یافتهها که روز گذشته (۵ اسفند ۱۴۰۴ – ۲۴ فوریه ۲۰۲۶) در مجله معتبر Chem منتشر شده، روشی ساده و بازگشتپذیر را برای تبلور (ساخت کریستال) توصیف میکند که میتواند به خلق نسل جدیدی از مواد هوشمند و پاسخگو به نور کمک کند.
بلورها و چالش کنترل آنها
بلورها، از دانههای برف و الماس گرفته تا تراشههای سیلیکونی درون دستگاههای الکترونیکی، از ذراتی تشکیل شدهاند که با نظمی بسیار بالا و ساختاری تکرارپذیر کنار هم چیده شدهاند. دانشمندان برای درک بهتر نحوه ظهور این الگوها، معمولاً «ذرات کلوئیدی» را مطالعه میکنند؛ گویهای بسیار ریزی که در مایع معلق هستند و میتوانند بهطور خودکار بلورهای کلوئیدی را تشکیل دهند. این ذرات در فناوریهای پیشرفته نوری مانند سنسورها و لیزرها نقش حیاتی دارند.
با وجود کاربرد گسترده بلورها، کنترل دقیق زمان و مکان تشکیل آنها همواره یک چالش بزرگ بوده است. استفانو ساکانا، استاد شیمی دانشگاه NYU و نویسنده این مطالعه، میگوید:
چالش اصلی این حوزه همیشه “کنترل” بوده است؛ بلورها معمولاً هر زمان و هر کجا که خودشان بخواهند شکل میگیرند و وقتی شرایط اولیه را تنظیم کردید، دیگر قدرت چندانی برای تغییر روند در لحظه (Real-time) ندارید.
نور؛ ریموتکنترلی در ابعاد میکروسکوپی
در این مطالعه جدید، تیم این تحقیق متوجه شد که صرفاً با تاباندن نور به سیستم، میتوانند کنترل مستقیمی روی تجمع بلورها داشته باشند. آنها مولکولهای حساس به نوری به نام «فوتواسید» را به مایع حاوی ذرات کلوئیدی اضافه کردند. این فوتواسیدها هنگام تابش نور، بهطور موقت اسیدیتر میشوند. این تغییر اسیدیته، بر بار الکتریکی سطح ذرات تأثیر گذاشته و تعیین میکند که ذرات یکدیگر را جذب کنند (به هم بچسبند) یا دفع کنند (از هم جدا شوند).
ساکانا میگوید:
در واقع، ما از نور به عنوان یک کنترل از راه دور استفاده کردیم تا برنامهریزی کنیم که ماده در مقیاس میکروسکوپی چگونه خود را سازماندهی کند.
دقت خیرهکننده در طراحی ماده
با ترکیبی از آزمایشهای آزمایشگاهی و شبیهسازیهای کامپیوتری، این تیم نشان داد که با تنظیم شدت، زمانبندی و الگوی تابش نور، میتوان رفتار بلورها را با دقتی خیرهکننده کنترل کرد. آنها میتوانند:
- باعث ظهور یا انحلال بلورها در لحظه شوند.
- محل دقیق تبلور را انتخاب کنند.
- ساختارهای بلوری را دوباره شکل داده و بهنوعی آنها را «مجسمهسازی» کنند.
استیون ون کسترن، یکی دیگر از نویسندگان این تحقیق، میگوید:
ما میتوانستیم با میکروسکوپ ببینیم که تودههای ذرات تحت تابش نور ذوب میشوند یا ذرات پراکنده بهطور ناگهانی به بلورهای منظم تبدیل میشوند. همچنین میتوانستیم با “جدا کردن” ذرات در یک نقطه خاص، خیلی راحت بخشی از بلور را حذف کنیم.
به سوی مواد برنامهپذیر نوری
یکی از مزایای کلیدی این روش سادگی آن است؛ تمام فرآیند در یک ظرف واحد قابل انجام است و نیازی به طراحی مجدد ذرات ندارد. این تکنیک راه را برای ساخت موادی هموار میکند که ساختار و در نتیجه خواص آنها با نور قابل تغییر است.
در آینده، این بلورهای برنامهپذیر ممکن است به ساخت پوششهای نوری تغییرپذیر، حسگرهای انطباقپذیر و فناوریهای جدید نمایشگر یا ذخیرهسازی داده منجر شوند؛ جایی که الگوها و عملکردهای قطعه بهجای اینکه هنگام ساخت ثابت بمانند، بهصورت پویا با تابش نور تعریف میشوند.
منبع: Scitechdaily
