بلورات كمية قد تشعل الثورة التكنولوجية القادمة

نجح علماء من جامعة أوبورن الأمريكية في ابتكار نوع جديد من المواد يمكن من التحكم في حركة الإلكترونات الحرة بدقة غير مسبوقة، فاتحين الباب أمام جيل جديد من التطبيقات في الحوسبة الكمية والكيمياء الصناعية؛ وقد نشرت نتائج البحث في مجلة ACS Materials Letters، حيث وصفت بأنها خطوة ثورية تربط بين النظرية العلمية والتطبيق العملي.

تعتمد المواد الجديدة التي أطلق عليها اسم الإلكترايدات السطحية المثبتة (Surface Immobilized Electrides)، على ربط جزيئات معدنية تعرف باسم "مركبات الإلكترونات المذابة" بأسطح مستقرة مثل الألماس وكربيد السيليكون، ما يسمح للإلكترونات بالتحرك بحرية في فراغات المادة بدلا من ارتباطها بذرات محددة؛ هذه البنية المبتكرة تمنح المادة استقرارا كبيرا مع إمكانية ضبط خصائصها حسب الحاجة، بحيث يمكن للإلكترونات أن تتجمع في "جزر كمية" تعمل كوحدات معالجة بيانات في الحواسيب الكمية، أو أن تنتشر على شكل "بحر إلكتروني" يسرع التفاعلات الكيميائية المعقدة.

يقول الدكتور إفانجيلوس ميليوردوس، أستاذ الكيمياء في جامعة أوبورن والمشرف على الدراسة: "من خلال تعلم كيفية التحكم في الإلكترونات الحرة يمكننا تصميم مواد تقوم بوظائف لم تخطر للطبيعة على بال".

ويضيف زميله الدكتور مارسيلو كورودا من قسم الفيزياء: "مع تجاوزنا حدود المواد التقليدية، تزداد الحاجة إلى مواد جديدة تجمع بين إمكانات البحث الأساسي والتطبيقات العملية، وهذا بالضبط ما حققناه".

البلورات الجديدة يمكن أن تحدث ثورة مزدوجة، فمن جهة تمهد الطريق لحواسيب كمية قادرة على معالجة المشكلات الرياضية والعلمية بسرعة تفوق الحواسيب الحالية بملايين المرات، ومن جهة أخرى يمكن أن تستخدم في تطوير محفزات كيميائية متقدمة تقلل الخطوات والتكاليف في تصنيع الوقود والأدوية والمواد الصناعية.

تتميز الإلكترايدات الجديدة بأنها مستقرة وسهلة التصنيع، بخلاف نظيراتها السابقة التي كانت هشة وغير قابلة للتطبيق على نطاق واسع.

ويؤكد الدكتور كوستانتين كليوكين، أستاذ هندسة المواد في الجامعة: "هذا البحث يجمع بين الفيزياء النظرية والهندسة التطبيقية، ليقدم نموذجا لمواد يمكن تحويلها إلى أجهزة واقعية تغير مستقبل التكنولوجيا والتصنيع".