على الرغم من أن الذهب قد يستحضر في أذهاننا صور البذخ والترف، إلا أنه يعتبر عنصرًا أساسيًا في تقنية النانو الحديثة بسبب هياكله وخصائصه الفريدة على مستوى النانو. تعد النوى النانوية الذهبية المكونة من أقل من 100 ذرة من بين الإنجازات الرائدة في هذا المجال، حيث يتم تصنيعها بتقنية الاختزال، أي بإضافة إلكترونات لأيونات الذهب في وجود مواد واقية. ومع ذلك، فإن تحديات كبيرة لا تزال تواجه العلماء في تصنيع نوى نانوية ذهبية بالحجم والشكل والتركيب المطلوب.
التحديات في تصنيع النوى النانوية الذهبية
يواجه الباحثون العديد من التحديات في تصنيع النوى النانوية الذهبية، حيث يعتمد الأمر على تحقيق التوازن الدقيق بين عدة عوامل. يجب أن يكون حجم النوى النانوية وشكلها متناسقين بدقة للحصول على الخصائص المطلوبة. تعتبر عملية التكوين مرحلة غامضة تشبه الصندوق الأسود، حيث لا تزال جوانب كثيرة منها غير مفهومة بالكامل.
أوضح تسوكودا، المحقق الرئيسي في الدراسة، أن الجهود الكبيرة قد بُذلت لفهم العلاقة بين هيكل النوى النانوية وخصائصها الفيزيائية والكيميائية. ومع ذلك، فإن عملية التشكيل نفسها لا تزال تشكل لغزًا، مما دفع الفريق إلى التركيز على فهم المراحل الأولية لتكوين النوى.
الكشف عن الهياكل الهندسية للنوى النانوية الذهبية
استهدف الفريق البحثي تحديد الهياكل الهندسية للنوى النانوية الذهبية في المراحل الأولى من تكوينها. استخدم الباحثون ظروف تخليقية غير اعتيادية لالتقاط النوى النانوية في مراحل نموها الأولى. ساعدهم التحليل باستخدام حيود الأشعة السينية، الذي يُعتبر بمثابة أشعة سينية للمركبات الكيميائية، في كشف أن النوى النانوية تنمو بشكل غير متساوٍ، بمعدلات مختلفة في اتجاهات متعددة.
أظهر التحليل أيضًا هيكلًا جديدًا تمامًا: نوى نانوية على شكل أقلام تتكون من مثلثات ثلاثية وأرباع رباعية السطوح. أطلق الباحثون عليها اسم “إبر الكم الذهبية” لأن الإلكترونات المحصورة فيها أظهرت سلوكًا كموميًا حيث يمكن للإلكترونات أن تأخذ طاقات محتملة محددة فقط.
فهم آليات تكوين النوى النانوية
أدى الحصول على لقطات هيكلية لنمو النوى النانوية الذهبية خطوة بخطوة إلى تعزيز فهمنا لآلية التكوين. أوضح تسوكودا أنه يمكن تفسير عمليات تكوين سلسلة من النوى الذهبية الصغيرة في ظل الظروف التخليقية غير الاعتيادية التي استخدموها.
ومع ذلك، فإن اكتشاف تشكيل الإبر بقاعدة مثلثية من ثلاث ذرات ذهبية بدلاً من نواة كروية تقريبًا كان اكتشافًا مفاجئًا لم يكن في الحسبان. يشير هذا إلى أن هناك إمكانيات جديدة لاكتشاف هياكل نانوية غير متوقعة.
الخاتمة
لقد ساهمت اللقطات الهيكلية التي حصل عليها الباحثون في تعزيز فهمنا لآليات تكوين النوى النانوية الذهبية. بينما يسعى تسوكودا وفريقه إلى تحسين ظروف التوليف لمزيد من الاستكشاف، فإن التعاون مع خبراء آخرين لتطبيق إبر الكم الذهبية في مجالات مختلفة يمكن أن يفتح آفاقًا جديدة في العلوم والتكنولوجيا.
