تنظیم مواد کوانتومی با استفاده از گاز هیدروژن

تنظیم مواد کوانتومی با استفاده از گاز هیدروژن

محققان دانشگاه دلفت هلند موفق به کشف روشی شدند که با استفاده از گاز هیدروژن، مواد کوانتومی، فشرده یا کشیده می‌شوند. آن‌ها این اثر را با استفاده از یک رشته‌ی کوچک از ماده‌ای به نام تنگستن تری‌اکسید (tungsten trioxide) نشان داده‌اند.

این کار پژوهشی، یک گام امیدوارکننده در توسعه‌ی ریزتشدیدگرهای مکانیکی است که کاربردهای بالقوه گسترده‌ای در علوم و صنایع دارند. این دستگاه‌ها می‌توانند در پرینترها جوهری بعنوان حسگر شرایط محیطی و همچنین بعنوان اجزا فعال در صنایع نانوالکترونیک استفاده شوند.

مواد کوانتومی جزو نویدبخش‌ترین اجزای سازنده‌ی دستگاه‌های هوشمند آینده می‌باشند. چیزی که باعث برتری این مواد می‌شود، این است که آن‌ها می‌توانند توسط چند پارامتر خارجی، بسته به نیاز، کنترل شوند؛ مثلا می‌توان عملکرد آن‌ها را با گرم یا سرد کردن از طریق یک جریان الکتریکی، یا با اعمال فشار مکانیکی کنترل کرد. ویژگی‌های مغناطیسی و الکترونیکی این مواد،  بصورت پویا قابل کنترل است که منجر به توسعه‌ی اجزای مهمی مانند حافظه‌ها و دستگاه‌های برداشت انرژی می‌شود.

یک ابزار کنترلی جدید

یکی از محدودیت‌های مواد کوانتومی این است که ویژگی‌های مکانیکی آن‌ها معمولا می‌تواند تنها از طریق روش‌های ایستا کنترل شوند. این بدان معنی است که وقتی این دستگاه طراحی و تولید شد، مشخصات مکانیکی آن قابل تغییر نخواهد بود. محققان این مسئله را با استفاده از یک ابزار جدید، یعنی گاز هیدروژن حل کرده‌اند.

آن‌ها برای بهره‌بردن از گاز هیدروژن، از تنگستن تری‌اکسید استفاده کردند. تنگستن تری‌اکسید، یک ماده‌ی بلوری است که به راحتی می‌تواند هیدروژن را در درون شبکه‌ی بلوری خود نگه دارد. محققان می‌گویند:

تنگستن تری‌اکسید، به سرعت گاز هیدروژن را جذب می‌کند. این فرایند، یک انبساط بزرگ در ساختار بلوری ایجاد می‌کند؛ مشابه اتفاقی که با قرار دادن یک اسفنج خشک در ظرف آب، برای اسفنج می‌افتد.

 این فرایند، کاملا برگشت‌پذیر است و کاملا مشابه با مثال اسفنج و قرار گرفتن در هوای آزاد، تنگستن تری‌اکسید نیز هیدروژن حبس‌شده را به بیرون از شبکه‌ی بلوری خود بیرون می‌اندازد. این پدیده، کنترل‌ ویژگی‌های مکانیکی تنگستن تری‌اکسید را امکان‌پذیر می‌نماید.

ریزتشدیدگر مکانیکی

محققان با استفاده از روش‌های سنتز مواد با کیفیت بالا، و امکانات نانوساخت در دانشگاه دلفت توانستند یک ساختار نازک و معلق از تنگستن تری‌اکسید بسازند: یک ریزتشدیدگر مکانیکی. این ساختار، تغییرات مکانیکی گسترده‌ای را بعد از جذب گاز هیدروژن نشان داد. آن‌ها می‌گویند:

این آزمایش، چیزی شبیه کوک یک گیتار است. گاز هیدروژن، توانست فرکانس تشدید ماده را تا بیش از 500 درصد مدوله کند.

مدولاسیون تنش در ساختار ریزتشدیدگر مکانیکی، آنقدر بزرگ بود که امکان مشاهده‌ی تغییرات القاشده با استفاده از یک میکروسکوپ معمولی وجود داشت. هر چقدر که میزان گاز هیدروژن جذب‌شده به ساختار، بیشتر بود، میزان انبساط ساختار و خمیدگی ریزتشدیدگر مکانیکی نیز بیشتر می‌شد.

دمای اتاق

یکی از مزیت‌های مهم این روش، این است که می‌تواند در دمای اتاق استفاده شود و در یک محیط کنترل شده انجام گردد. همچنین این روش، کاملا برگشت‌پذیر است. دستیابی به چنین مدولاسیون تنشی، با این اندازه و مشخصات و با استفاده از روش‌ها و مواد متدوال، مانند انبساط حرارتی در سیلیکون، به دمایی بیش از 1500 درجه‌ی سانتی‌گراد نیاز دارد.

دانشگاه دلفت، هم اکنون منتظر درخواست ثبت اختراع برهمکنش گاز هیدروژن با تنگستن تری‌اکسید و همچنین در حال برنامه‌ریزی برای تحقیقات آینده در این مسیر نویدبخش است.
 


منبع: phys.org
كلمات كليدي :
مواد کوانتومی
 
امتیاز دهی
 
 

login