.png)
تطور البنية في عناقيد الذهب النانوية: من النواة غير المتناظرة إلى النمو على شكل إبر كمومية ذهبية. تم تحديد البنى باستخدام علم البلورات بالأشعة السينية. أُهملت البقايا العضوية للروابط السطحية للتوضيح. الشيفرة اللونية: Au (ذهب): أصفر؛ S: أحمر. المصدر: Takano وآخرون 2025
تشمل التطبيقات المحتملة لهذه التقنية مجالات مثل التصوير الحيوي الطبي وتحويل الطاقة الضوئية.
تمكن باحثو جامعة طوكيو شينجيرو تاكانو ويويا هاما ساكي وتاتسويا تسوكودا من تصوير كيفية تطور الترتيب الهندسي للذرات داخل عناقيد الذهب النانوية في المراحل الأولى جدًا من نموها.
وتحت الظروف نفسها، نجح الفريق في "زراعة" بنية نانوية ممدودة غير متوقعة أطلقوا عليها اسم "الإبر الكمومية الذهبية". وبسبب استجابتها القوية للضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء، يمكن أن تتيح هذه "الإبر" تصويرًا حيويًا أكثر وضوحًا وتحويلًا أكثر كفاءة للطاقة الضوئية. وقد نُشرت النتائج في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية (Journal of the American Chemical Society).
الذهب عند النانو: أكثر من مجرد رفاهية
قد يوحي الذهب بالترف، لكن على المستوى النانوي، يعد مادة حيوية للتكنولوجيا الحديثة نظرًا لأنه يشكّل تراكيب غير اعتيادية بخصائص مميزة. عادةً ما تُنتج عناقيد الذهب النانوية التي تحتوي على أقل من 100 ذرة عبر عملية الاختزال، أي إضافة إلكترونات لأيونات الذهب في وجود روابط واقية. ومع ذلك، ما زال تحقيق تحكم دقيق في الحجم والشكل والتركيب أمرًا صعبًا.
فتح "الصندوق الأسود" لتكوّن العناقيد
قال تسوكودا، الباحث الرئيسي:
"خلال السنوات الماضية، بُذلت جهود كبيرة لفهم العلاقة بين بنية العناقيد وخصائصها الفيزيائية والكيميائية. ومع ذلك، ما زالت عملية التكوين نفسها تُعتبر صندوقًا أسود. بدأنا هذا المشروع إيمانًا منا بأن فهم المراحل الأولية لتكوّن العناقيد سيفتح المجال أمام تطوير طرق تركيبية جديدة وموجهة لإنتاج البنى المرغوبة."
لهذا، شرع الباحثون في تحديد البنى الهندسية لعناقيد الذهب النانوية في مراحلها الأولى. واستخدموا ظروفًا تركيبية غير معتادة قليلًا لحجز العناقيد عند بدايات نموها. وأظهر تحليل حيود الأشعة السينية أحادية البلورة (وهو أشبه بالأشعة السينية للمركبات الكيميائية) أن عناقيد الذهب تنمو بشكل غير متناظر، أي بمعدلات مختلفة في اتجاهات مختلفة.
اكتشاف الإبر الكمومية الذهبية
كشفت التحليلات أيضًا عن بنية جديدة تمامًا: عناقيد نانوية على شكل قلم رصاص مكوّنة من ثلاثيات مثلثية ورباعيات رباعية الوجوه. أطلق الباحثون عليها اسم "الإبر الكمومية الذهبية" لأن الإلكترونات المحصورة فيها أظهرت سلوكًا كموميًا مُكممًا، أي أنها لا تستطيع اتخاذ سوى طاقات محددة مسبقًا.
وأوضح تسوكودا:
"استطعنا لاحقًا أن نشرح آليات تكوّن سلسلة من عناقيد الذهب الصغيرة تحت ظروفنا التركيبية غير المعتادة. لكن تكوّن إبر قاعدتها مثلث من ثلاث ذرات ذهب بدلًا من عنقود شبه كروي كان اكتشافًا مصادفًا يفوق كل توقعاتنا."
الخطوات القادمة
الصور البنيوية المتتابعة التي حصل عليها الباحثون لنمو عناقيد الذهب النانوية ساهمت كثيرًا في فهم آليات التكوّن. ومع ذلك، يفكر تسوكودا بالفعل في المستقبل:
"نود استكشاف إمكانية تركيب عناقيد نانوية فريدة أخرى عبر تحسين الظروف التركيبية بشكل أكبر. كما نود التعاون مع خبراء آخرين لتعزيز تطبيقات الإبر الكمومية الذهبية، مستفيدين من خصائصها البصرية الفريدة."