جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2023 تذهب إلى ثلاثة علماء “لاكتشافهم وتركيب النقاط الكمومية”. التقى برنامج The Conversation Weekly بأحد هؤلاء الثلاثي، الكيميائي الفيزيائي لويس بروس، الذي قام بعمل تأسيسي لاكتشاف أن خصائص هذه الجسيمات النانوية تعتمد على حجمها. كان هاتف بروس مغلقًا عندما اتصل به ممثلو جائزة نوبل لإبلاغه بالأخبار السارة، ولكن الآن تلقى الكثير من الأشخاص التهاني والنصائح. فيما يلي مقتطفات معدلة من البودكاست.
عندما كنت تعمل في مختبرات بيل في الثمانينات واكتشفت النقاط الكمومية، كان الأمر أشبه بالصدفة. كنت تدرس حلول جزيئات أشباه الموصلات. وعندما وجهت أشعة الليزر نحو هذه المحاليل، التي تسمى الغرويات، لاحظت أن الألوان المنبعثة منها لم تكن ثابتة.
في اليوم الأول صنعنا المادة الغروية، وفي بعض الأحيان كان الطيف مختلفًا. واليوم الثاني والثالث كان طبيعيا. بالتأكيد كانت هناك مفاجأة عندما رأيت هذا التغيير في الطيف لأول مرة. وهكذا، بدأت أحاول معرفة ما الذي يحدث في هذا الأمر.
لاحظت أن خاصية الجسيم نفسه بدأت تتغير عند حجم صغير جدًا.
ما وجدته كان عبارة عن نقطة كمومية: نوع من الجسيمات النانوية التي تمتص الضوء وتصدره بطول موجي آخر. والأهم من ذلك، أن لون هذه الجسيمات يتغير اعتمادًا على الحجم الفعلي للجسيم. كيف يمكنك حتى رؤية بلورة نقطية كمومية، حيث أن عرض الواحد منها لا يتجاوز بضع مئات من الألف من شعرة الإنسان؟
حسنًا، لا يمكنك رؤيتها بالمجهر الضوئي لأنها أصغر من الطول الموجي للضوء. هناك طرق لرؤيتها أيضًا، باستخدام أنواع أخرى من المجاهر المتخصصة، مثل المجهر الإلكتروني. والطريقة الشائعة لتوضيحها هي صف صف من القوارير الزجاجية ذات الألوان الزاهية مع محلول من النقاط الكمومية ذات الأحجام المختلفة بداخلها.
أحد زملائك الحائزين على الجائزة، أليكسي إكيموف، كان عالمًا روسيًا، وقد لاحظ بالفعل نقاطًا كمومية في الزجاج الملون، لكنك لم تكن على علم بالنتائج التي توصل إليها في ذلك الوقت؟
نعم هذا صحيح. كانت الحرب الباردة مستمرة في ذلك الوقت، ونشر في الأدب الروسي باللغة الروسية. ولم يسمح له بالسفر إلى الغرب للحديث عن عمله.
سألت جميع الفيزيائيين، هل كان هناك أي عمل على الجسيمات الصغيرة؟ كنت أحاول صنع نموذج لتأثيرات الحجم الكمي. فقالوا لي لا، لا أحد يعمل على هذا الأمر حقًا. لم يرى أحد مقالاته، في الأساس.
كنت جزءًا من مجتمع الكيمياء الأمريكي، حيث كنت أعمل في الكيمياء الاصطناعية في المختبر. كان يعمل في صناعة الزجاج في الاتحاد السوفييتي، ويعمل في مجال التكنولوجيا الصناعية.
وعندما عثرت أخيرًا على مقالاته في الأدب التكنولوجي، كتبت رسالة إلى الاتحاد السوفييتي، بأوراقي، فقط لألقي التحية على إيكيموف وزملائه. عندما وصلت الرسالة، جاء الكي جي بي للتحدث مع العلماء الروس، في محاولة لمعرفة سبب اتصالهم بأي شخص في الغرب. لكن في الواقع لم يتحدثوا معي أو مع أي شخص في الغرب مطلقًا عندما وصلت رسالتي عبر البريد.
هل التقيت به منذ ذلك الحين؟
نعم، لقد تمكنوا من الخروج من الاتحاد السوفييتي أثناء الجلاسنوست، وكان ذلك في أواخر الثمانينيات. هناك إيكيموف، ثم هناك مساعدته النظرية ساشا إفروس، التي تعمل الآن في مختبر الأبحاث البحرية الأمريكية. التقيت بهم بمجرد وصولهم إلى الولايات المتحدة
استمع إلى المقابلة مع لويس بروس على البث الصوتي The Conversation Weekly. في كل أسبوع، يخبرنا الخبراء الأكاديميون عن الاكتشافات الرائعة التي يقومون بها لفهم العالم والأسئلة الكبيرة التي ما زالوا يحاولون الإجابة عليها.
إحدى المشكلات المتعلقة بالنقاط الكمومية، عندما لاحظتها لأول مرة، كانت كيفية إنتاجها فعليًا والحفاظ على استقرارها. ثم، في التسعينيات، اكتشف زميلك الحائز على الجائزة، مونجي بوندي، هذا الأمر. في رأيك، ما هو الشيء الأكثر لفتًا للانتباه الذي رأيت النقاط الكمومية تستخدم فيه حتى الآن؟
عادةً، عندما يتم اختراع مادة جديدة، يستغرق الأمر وقتًا طويلاً لمعرفة ما هي مفيدة حقًا لها. علماء الأبحاث، لديهم أفكار، قد تستخدمها لهذا الغرض، وقد تستخدمها لذلك. ولكن بعد ذلك، إذا تحدثت إلى أشخاص في الصناعة الفعلية، الذين يتعاملون كل يوم مع مشاكل التصنيع، فغالبًا ما تكون هذه الأفكار ليست جيدة جدًا.
لكن المعرفة التي اكتسبناها، والمبادئ العلمية، يمكن استخدامها للمساعدة في تصميم أجهزة جديدة.
وفيما يتعلق بالتطبيقات الأولى، بدأ الناس في محاولة استخدامها في التصوير البيولوجي. يربط علماء الكيمياء الحيوية النقاط الكمومية بجزيئات أخرى للمساعدة في رسم خريطة للخلايا والأعضاء. لقد تم استخدامها أيضًا للكشف عن الأورام وللمساعدة في توجيه الجراحين أثناء العمليات.
ومع استمرار العلماء في العمل على تصنيع النقاط الكمومية، استمرت جودة الجسيمات في التحسن. لقد كانت تبعث ألوانًا نقية، بدلًا من توزيعات للضوء، مثل الأحمر مع القليل من اللون الأخضر، أو ربما الأحمر مع بعض اللون الوردي. عندما تحصل على جسيم أفضل، سيكون مجرد لون أحمر نقي، على سبيل المثال.
ومن ثم، قام الناس بالاتصال بصناعة شاشات العرض – شاشات الكمبيوتر وشاشات التلفزيون. في هذا التطبيق تريد تحويل الكهرباء إلى ثلاثة ألوان: الأحمر والأخضر والأزرق. يمكنك إنشاء أي نوع من الصور، بدءًا من تلك الألوان الثلاثة بنسب مختلفة فقط.
يتطلب الأمر الكثير من الشجاعة. عليك أن تستثمر الكثير من المال لتطوير التكنولوجيا، وربما في النهاية، لن تكون جيدة بما فيه الكفاية، ولن تحل محل ما لديك بالفعل. وهناك الكثير من الفضل المستحق لشركة سامسونج في اليابان. تم استثمار مئات المليارات من الدولارات في تكنولوجيا هذه الجسيمات لإيصالها إلى النقطة التي يمكن عندها البدء في تصنيع شاشات العرض وأجهزة التلفاز المسطحة باستخدام النقاط الكمومية.
عملك هو مثال على أهمية البحث الأساسي، والفضول، ومحاولة حل الألغاز دون نقطة نهاية معينة أو تطبيق صناعي في الأفق. ما هي الرسالة التي تود توجيهها إلى الكيميائي الشاب الذي يبدأ اليوم العمل على مثل هذه الأبحاث الأساسية؟
العالم مكان ضخم، ويمكنك إجراء بحث أساسي في عدد كبير من المجالات المختلفة. أنت تريد أن تختار مسألة، إذا حققت فيها نجاحًا مذهلاً واكتشفت بالفعل شيئًا مثيرًا للاهتمام حقًا، فقد يكون لها بعض التطبيقات في العالم.
للأفضل أو للأسوأ، عليك أن تختار في البداية، ويتطلب الأمر بعض الحدس.
الطريقة الجيدة للقيام بذلك هي أن تختار موضوعًا تعرف أنه مهم للتكنولوجيا، ولكن لا يوجد فهم للعلم في الوقت الحالي. إنه صندوق أسود كامل. لا أحد يفهم المبادئ الأساسية. هذا النوع من المشاكل، يمكنك البدء في تفكيكه والنظر لمعرفة ما هي الخطوات الأساسية.
ما الذي تغير بالنسبة لك الآن بعد حصولك على جائزة نوبل؟
حسنًا، إن جائزة نوبل هذه، للأفضل أو للأسوأ، لها معنى خاص في أذهان الناس في جميع أنحاء العالم. بالأمس عندما جاء ساعي البريد صادف أنني كنت عند الباب الأمامي وتعرف علي لأن وجهي كان في الصحيفة المحلية. وقال: “لم أصافح أحد الحائزين على جائزة نوبل من قبل”.
للأفضل أو للأسوأ، هذا هو المكان الذي أنا فيه الآن، في فئة خاصة سواء أحببت ذلك أم لا. لا يزال لدي مكتبي في الجامعة، لكن ليس لدي مجموعة بحثية. أحاول أن أترك ذلك للشباب. لذا فإن هذا الاعتراف ربما يعني بالنسبة لبحثي أقل مما كان سيعنيه لو كان عمري 40 عامًا.
وقد وصلتني التهاني عبر البريد الإلكتروني من عدد من الأشخاص الذين فازوا بالجائزة في السنوات الماضية. توصيتهم الرئيسية هي أنه يجب عليك أن تتعلم أن تقول لا. سيطلب منك الناس القيام بكل أنواع الأشياء المجنونة، وسيتم تخصيص وقتك بالكامل بهذه الزيارات الجامعية المشرفة وإلقاء الخطب الصغيرة. لكي تحظى بحياة حقيقية وتكون منتجًا، عليك أن تقول لا لكل هذه الدعوات الدخيلة.
وأخبروني أيضًا أن أقضي وقتًا ممتعًا في السويد! إنه جدول زمني مفصل للغاية للأحداث لذلك الأسبوع من شهر ديسمبر عندما يكون حفل توزيع الجوائز هذا. يتوهم للغاية. تختلف الثقافة الأمريكية عن ثقافة الفيزياء، فإذا فزت بجائزة من الجمعية الفيزيائية الأمريكية، فسيكون ذلك حدثًا بسيطًا للغاية. أنت فقط تظهر في القاعة. ليس من الضروري حتى أن ترتدي بدلة.
لذلك سأصطحب عائلتي وأحفادي إلى السويد وسنحاول الاستمتاع بهذه العطلة الرائعة.
تم إعادة نشر هذه المقالة من The Conversation، وهو موقع إخباري مستقل غير ربحي مخصص لمشاركة أفكار الخبراء الأكاديميين. إذا وجدت الأمر مثيرًا للاهتمام، فيمكنك الاشتراك في نشرتنا الإخبارية الأسبوعية.
كتب بواسطة: لويس بروس، جامعة كولومبيا.
اقرأ أكثر:
لا يعمل Louis Brus لدى أي شركة أو مؤسسة أو يستشيرها أو يمتلك أسهمًا فيها أو يتلقى تمويلًا منها قد تستفيد من هذه المقالة، ولم يكشف عن أي انتماءات ذات صلة بعد تعيينه الأكاديمي.