علماء يبتكرون أصغر محرك في العالم

ابتكر فريق من العلماء بجامعتي دبلن الأيرلندية ويوهان جوتنبرغ الألمانية محركا يعد الأصغر في العالم على الإطلاق، ويتكون من أيون واحد من عنصر الكالسيوم؛ مما يمثل حجر الزاوية للانطلاق نحو آفاق جديدة بتقنيات النانو.

أيون الكالسيوم
نشرت تفاصيل المحرك متناهي الصغر بدورية "فيزيكال ريفيو ليترز الدولية" في أغسطس/آب الجاري، وأوضحت الدراسة كيفية استغلال بعض خواص أيون الكالسيوم كي يقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة حركية، ومن ثم يعمل كمحرك حراري.

وكما هو معروف فإن أيون الكالسيوم (Ca++) عبارة عن ذرة كالسيوم فقدت اثنين من الإلكترونات، ويطلق على هذين الإلكترونين المفقودين إلكترونات التكافؤ، ويحملان خاصية تعرف باسم "اللف المغزلي"، التي تعني أن الإلكترون يقوم بالدوران حول نفسه في اتجاه معين بشكل يشبه حركة المغزل.

وقام الفريق البحثي بتسليط شعاع من الليزر على إلكترون التكافؤ الخاص بأيون الكالسيوم بغرض توفير طاقة حرارية، حيث يمكن لتلك الحرارة أن تقوم بتغيير اتجاه دوران ذلك الإلكترون حول نفسه والتحكم بها.

واستخدم العلماء في الوقت ذاته شعاعا آخر من الليزر لربط دوران الإلكترون حول نفسه بأيون الكالسيوم بغرض تحريكه، ويتحرك أيون الكالسيوم حركة دورانية للأمام والخلف، فيما يشبه البكرة عن طريق تغيير اتجاه حركة دوران الإلكترون حول نفسه؛ وبذلك يعمل الأيون كأصغر محرك تم التوصل إليه حتى الآن.

ديناميكا حرارية
تكمن أهمية الابتكار في أنه يتيح فهما أعمق للديناميكا الحرارية على المستوى الذري، الأمر الذي قد يساعد في تطوير العديد من التقنيات المستقبلية، كما يوضح ذلك جون جوولد الأستاذ المساعد للفيزياء بجامعة دبلن، وأحد أعضاء الفريق البحثي في بيان صحفي نشرته الجامعة.

وقال جون غولد "هذه التجربة يمكنها أن تقود عصرا جديدا من الأبحاث حول دراسة الطاقة بالتقنيات المبنية على نظرية الكم، حيث إن فهم كيفية تطبيق الديناميكا الحرارية على تلك المستويات متناهية الصغر أمر غاية في الأهمية بالنسبة للعديد من التقنيات المستقبلية".

ولا تعد تلك المرة الأولى التي يبحث فيها العلماء ابتكار محركات متناهية الصغر، حيث قام فريق بحثي من جامعة كامبردج البريطانية عام 2016 بابتكار محرك تم اعتباره الأصغر على الإطلاق في ذلك الوقت.

ويتكون المحرك من جزيئات نانوية –في حجم النانو– من الذهب مرتبطة ببوليمر ذكي حساس للحرارة، وذلك بغرض استخدامه في التطبيقات العلاجية المحتملة لتقنيات النانو.

الجدير بالذكر أيضا أن ابتكار آلات جزيئية مختلفة في حجم النانو باستخدام الجزيئات قد قادت العالم الهولندي بن فيرينخا للحصول على جائزة نوبل في الكيمياء عام 2016.