لماذا يتوهج الذهب في وجه الضوء ؟

ترجمة - أحمد بن عبدالله الكلباني -

يصدر من الشرائح الرقيقة للذهب ضوء خافت بعد أن تتعرض لأشعة الليزر، والآن بدأنا نفهم سبب حدوث ذلك، في توصل لحقيقة تُمَكِّن العلماء من تطوير التفاعلات الكيميائية المفيدة لتخزين الطاقة وتحفيزها في العمليات التي يتم فيها استخدام الذهب، حيث تستخدم رقائق الذهب في أغلب تلك العمليات الكيميائية.

بريق الذهب المعتاد هو نتيجة لانعكاس أشعة الضوء عليه، ولكن رقائق الذهب متناهية الرقة يمكنها كذلك توليد الضوء وإصداره، في عملية تعرف بـ«الفوتولومينسيا» أو «التألق الضوئي»، ويحدث ذلك لأن رقائق الذهب لديها القدرة على تخزين بعض «الفوتونات» الموجودة في أشعة الضوء، ومن ثم تطلق رقائق الذهب «فوتونات» جديدة.

وفي سبيل التحقق من هذا التفسير، قام الباحث «آلان بومان» -أحد منتسبي المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في لوزان والمعروف بـ «EPFL»- مع زملائه بالتحقق من ذلك باختبار شرائح رقيقة من الذهب يتراوح سمكها ما بين 13 إلى 113 نانومترًا، حيث قاموا بتعريضها لأشعة قوية من الليزر حتى بدأت تصدر ضوءا بعد ذلك، وقاموا كذلك بتعريض تلك الرقائق المضاءة لجهاز يكشف حجم «الفوتونات» الجديدة التي تصدر من رقائق الذهب لتحليلها.

وصرح «آلان بومان» قائلا: «إن أجهزة الكشف عن الفوتونات كانت حساسة بقدر كبير، لدرجة أنها تمكنت من اكتشاف الطول الموجي للفوتونات الجديدة المنبعثة من رقائق الذهب، حتى عندما كان هناك واحد فقط لكل مليار فوتون من الليزر».

وبالاعتماد على هذه النتيجة ودمجها بأنظمة المحاكاة الحاسوبية، تمكن الباحثون من صناعة نموذج لكيفية حدوث الوميض الضوئي في رقائق الذهب، وهو أشبه بالتلألؤ، وتوصل الباحثون بالفعل إلى الآلية الأساسية لذلك، وهي «الطاقة الصادرة من الفوتون الوارد (الضوء الخارجي) تتحول إلى إلكترون وتُحدث ثقبًا، وهو نقص ذرة مماثل للشحنة يتصرف على عكس الإلكترون في داخل رقائق الذهب، ما يؤدي إلى إصدار فوتون جديد»، وفي أثناء الدراسات تمكن الباحثون من اكتشاف طرق أخرى متعددة لحدوث هذا الأمر.

يقول «آلان بومان» إن بعض الثقوب التي تتحد مع الإلكترونات تفعل ذلك مباشرة، بينما يرتد بعضها داخل رقائق الذهب لفترة وجيزة بدايةً.

ووجد الفريق أيضًا أنه بالنسبة للرقائق التي يزيد سمكها على 40 نانومترًا تقريبًا، فإن بعض خصائص الثقوب والإلكترونات - مثل طاقتها وفاعليتها - تصبح أكثر عرضة للتأثيرات الكمية مما كان معروفًا سابقًا.

إن تَوَصُّلَ الباحثين إلى هذه النتيجة يمكن أن يفيد مطوري الصناعات التي تعتمد على الإلكترونات، وعلى رأس ذلك الخلايا «الكهروضوئية» التي تستعمل في الألواح الشمسية المنتجة للكهرباء.

يقول الباحث «ماثيو شيلدون» المنتسب إلى جامعة «تكساس إيه آند إم إن» إن فهم عملية «الفوتولومينسيا» أو «التألق الضوئي» بهذا التفصيل له ثمار عديدة ويمكن أن يساهم كذلك في تطوير الطريقة التي يستخدم فيها الباحثون رقائق الذهب لتركيز وتضخيم الطاقة الناتجة من الضوء، ما يمكّنهم كذلك من صنع أجهزة استشعار حيوية أفضل، إضافة إلى تسريع التفاعلات الكيميائية مثل صناعات الأسمدة والوقود.

ويضيف «ماثيو شيلدون» قائلا: «إن الهياكل النانوية المصنوعة من الذهب هي أساسا العمود الفقري في علم النانو».

وللباحثة «جوليا تاجليابو» العضوة في فريق الباحث «آلان بومان»، والعضوة كذلك في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا «EPFL» تصريح تقول فيه: «يمكن للإلكترونات والثقوب الموجودة في الذهب تمرير الكثير من الطاقة إلى الجزيئات، مما يؤدي إلى تعزيز أو تغيير بعض التفاعلات».

وتضيف إن هذا من شأنه أن يساعد الباحثين في مجال التفاعلات الكيميائية، متأملة أن يسهم هذا الاستنتاج في صناعة بطاريات صديقة للبيئة يمكن إعادة شحنها من خلال الضوء.

خدمة تربيون عن مجلة «New Scientist»

المصدر: لجريدة عمان