من الشاشات إلى الجراحات.. ما هي “النقاط الكمومية” التي غيرت حياتنا؟
منحت جائزة نوبل في الكيمياء، الأربعاء، لثلاثة علماء عملوا على اكتشاف وتطوير مجموعات من الذرات تعرف باسم النقاط الكمومية والتي أصبحت تستخدم في كل شيء تقريبا في حياتنا، بدءا من شاشات التلفزيون ومصابيح الليد، وحتى الأجهزة التي تساعد الجراحين في رؤية الأوعية الدموية عند إزالة الأنسجة السرطانية، ما أدى إلى وصف إنجازهم بأنه “ثورة علمية”.
عالم جديد من الألوان
في “عالم النانو”، يبدأ قياس المادة بأجزاء من المليون من المليمتر. وفي هذا المستوى تبدأ بالحدوث ظواهر غريبة تسمى “التأثيرات الكمية”، بحسب شبكة سي أن أن.
وتسمى النقطة الكمومية بهذا الاسم لأنها نقطة صغيرة من المادة صغيرة جدا لدرجة أنها تتركز بشكل فعال في نقطة واحدة.
وتتكون النقاط الكمومية من بضعة آلاف من الذرات فقط. ومن حيث الحجم، فإن النقطة الكمومية الواحدة تمثل كرة قدم بالنسبة لكوكب الأرض.
وعندما يمر الضوء عبر النقاط الكمومية فإنه ينبعث منها لون معين. ويمكن ضبط ذلك بدقة ويتم تحديده حسب حجم النقاط. وتتوهج النقاط الأكبر باللون الأحمر، بينما تتوهج النقاط الأصغر باللون الأخضر أو الأزرق.
وقد سمح عمل الفائزين بالجائزة للعلماء بالاستفادة من بعض خصائص العالم النانوي، وتوجد الآن النقاط الكمومية في غرف المعيشة وغرف العمليات في جميع أنحاء العالم.
واكتشف النقاط الكمومية في المواد الصلبة (البلورات الزجاجية)، في عام 1980، الفيزيائي الروسي، أليكسي إيكيموف، عندما لاحظ أن لون الزجاج يتغير تبعا لحجم جزيئات كلوريد النحاس الموجودة فيه وأن هناك دور تلعبه الجسيمات دون الذرية.
وفي أواخر عام 1982، اكتشف الكيميائي الأميركي، لويس إي بروس، نفس الظاهرة، ولكن في المواد السائلة حيث تنتشر جزيئات صغيرة من مادة في جميع أنحاء السائل.
اكتشف بروس أن الطول الموجي للضوء المنبعث أو الممتص بواسطة نقطة كمية تغير على مدى ساعات وأيام مع نمو البلورة، واستنتج من هذه الظاهرة إلى أن حصر الإلكترونات يعطي خصائص الجسيمات الكمومية.
وفي عام 1993، أحدث منجي باوندي “ثورة” في إنتاج النقاط الكمومية، المكونة من مجموعات تتراوح من مئات إلى آلاف من الذرات.
والأربعاء، قالت الأكاديمية المانحة للجائزة إن باوندي وبروس وإيكيموف، “أضافوا لونا إلى تكنولوجيا النانو، عندما تستخدم المادة على المستوى الذري أو الجزيئي في التصنيع، وإن النتائج التي توصلوا إليها تنطوي على إمكانات كبيرة في العديد من المجالات”.
وقال يوهان أكفيست، رئيس لجنة نوبل للكيمياء إن من بين “الخصائص الرائعة وغير العادية” للنقاط الكمومية أنها تنتج أضواء ملونة مختلفة اعتمادا فقط على حجم الجسيمات مع الحفاظ على التركيب الذري دون تغيير.
مجالات عديدة
واجتذبت النقاط الكمومية اهتماما كبيرا بسبب خصائصها البصرية المثيرة للاهتمام، حيث يكون التحكم الدقيق في انبعاث الضوء الملون أمرا مهما، في كثير من التطبيقات البصرية والطبية، بحسب الباحث العراقي، حيدر علي ناصر، في مقال نشره في أبريل 2020.
ويقول الباحث إن النقاط الكمومية تستخدم في تقنية تطوير الخلايا الشمسية، وتساهم في تعزيز كفاءتها من خلال إنتاج المزيد من الإلكترونيات.
وتستخدم في شاشات العرض المسطحة، والهواتف المحمولة، وتجعل الصورة المعروضة أكثر واقعية وكفاءة في استخدام الطاقة.
والنقاط الكمومية تحسن أداء الصمام الثنائي الباعث للضوء في أجهزة النبعاث الضوء مثل مصابيح الليد، بألوان أكثر روعة ودقة.
أما أحد أهم التطبيقات للنقاط الكمومية، فيكمن في مجال الطب، بما في ذلك علاج السرطان، حيث يمكن أن توضح أكثر الخلايا السرطانية، ما يساعد الجراحين على استهدافها بدلا من العلاج الكيماوي التقليدي.
تطبيقات واعدة
ويقول صالح إن من بين المجالات الواعدة في تحقيق تقدم استخدام النقاط الكمومية، هو تطوير أجهزة الكمبيوتر من خلالها، حيث “تتمثل إحدى الاحتمالات في تخزين المعلومات ونقلها باستخدام الضوء بدلا من الإلكترونات، وهي تقنية تُعرف على نطاق واسع باسم الفوتونات”.
وأضاف: “يمكن أن تستخدم أجهزة الكمبيوتر الضوئية النقاط الكمومية بنفس الطريقة التي تستخدم بها أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية الترانزستورات (أجهزة التبديل الإلكترونية)، كمكونات أساسية في رقائق الذاكرة”.
ويعتقد الباحثون أنه في المستقبل يمكنهم المساهمة في الإلكترونيات المرنة وأجهزة الاستشعار الصغيرة والخلايا الشمسية الرقيقة والاتصالات الكمومية المشفرة، بحسب الأكاديمية المانحة لجائزة نوبل.
وقال باوندي في مؤتمر صحفي: “هناك الكثير من العمل الذي لايزال قيد البحث الكثيف حول تطبيقات أخرى محتملة من بينها التحفيز والتأثيرات الكمومية بجميع أشكالها… إنه مجال بحث مثير جدا. أنا متأكد أنه سيقدم شيئا مهما حقا”.
