دستاوردجدیدکوانتومی
یک جرعه ازجهان دانش
بهارسادات موسوی
[ گزارش ازپژوهش های تازه ]
محققان سترالیایی وضعیت های درهم تنیدگی کوانتومی را به طور موفقیت آمیز بین دو اتم با فاصله زیاد در سیلیکون ایجاد کردند.
به گزارش اینترستینگ انجینیرینگ، محققان دانشگاه نیو ساوث ولز استرالیا موفق شدند حالت درهم‌تنیدگی کوانتومی را با استفاده از الکترون‌ها به‌عنوان پل ایجاد کنند.
درهم‌تنیدگی کوانتومی پدیده‌ای فیزیکی است که طی آن دو ذره به شکلی عمیق به یکدیگر متصل می‌شوند و دیگر نمی‌توانند به‌طور مستقل عمل کنند. این دستاورد گامی مهم در حوزه رایانش کوانتومی به شمار می‌رود و می‌تواند زمینه‌ساز ساخت ابررایانه‌های کوانتومی در آینده باشد؛ موضوعی که از مهم‌ترین چالش‌های علمی قرن بیست‌ویکم محسوب می‌شود.
محققان با بهره‌گیری از اسپین‌های دو هسته اتمی توانستند درهم‌تنیدگی کوانتومی ایجاد کنند. این پیشرفت همچنین نشان می‌دهد که امکان ساخت ریزتراشه‌های کوانتومی آینده با استفاده از فناوری‌ها و فرایندهای تولید موجود وجود دارد.
هالی استمپ، نویسنده ارشد پژوهش، می‌گوید: «ما توانستیم پاک‌ترین و ایزوله‌ترین اجسام کوانتومی ساخته‌شده در مقیاس دستگاه‌های سیلیکونی امروزی را وادار کنیم با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.»
این تحقیق که در ژورنال Science منتشر شده، موفقیت در اجرای یک «عملیات منطقی Z کنترل‌شده» (controlled-Z logic operation) بین دو کیوبیت را نشان می‌دهد. این عملیات بر روی هسته‌های دو اتم فسفر در یک دستگاه سیلیکونی انجام شد که تنها ۲۰ نانومتر از یکدیگر فاصله داشتند. در این فرآیند، الکترون‌های جداگانه هر اتم با هم تعامل کرده و واسطه‌ی ایجاد دروازه‌ی دوکیوبیتی شدند.
استمپ در ادامه توضیح می‌دهد: «اغلب افراد الکترون را کوچک‌ترین ذره زیراتمی تصور می‌کنند، اما فیزیک کوانتومی نشان می‌دهد الکترون می‌تواند در فضا گسترده شود و به‌طور همزمان با چندین هسته اتمی تعامل داشته باشد. البته برد این گستردگی محدود است و افزودن هسته‌های بیشتر به یک الکترون، کنترل هر هسته را به‌طور مستقل بسیار دشوار می‌سازد.
مواد هوشمندبا توانایی تصفیه آب و ذخیره انرژی
محققان دانشگاه زنجان در مطالعه‌ای جدید به بررسی چگونگی ساخت چارچوب‌های آلی فلزی مبتنی بر سریم (Ce — MOFs) پرداخته‌اند که به‌دلیل خواص منحصر به فرد خود، توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند.
به گزارش ستاد نانو، این مواد با داشتن ساختارهای متخلخل و توانایی واکنش به شرایط محیطی می‌توانند در زمینه‌های مختلفی مانند کاتالیست، ذخیره‌سازی انرژی، جذب گاز، و تصفیه آب کاربرد داشته باشند. در این تحقیق، سنتز Ce — MOFs با استفاده از روش‌های سبز و در شرایط محیطی مناسب برای تولید مقیاس بزرگ بررسی شده است.
محققان دانشگاه زنجان در یک مطالعه جامع، به بررسی ویژگی‌ها، روش‌های سنتز و کاربردهای چارچوب‌های آلی‌فلزی (MOFs) مبتنی بر سریم (Ce — MOFs) پرداخته‌اند. این چارچوب‌ها به‌دلیل ویژگی‌های برجسته‌ای که دارند، توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند و در سال‌های اخیر در زمینه‌های مختلفی همچون ذخیره‌سازی انرژی، کاتالیست و حذف آلودگی‌ها به کار گرفته شده‌اند. تحقیقات جدید بر روی Ce — MOFs نه تنها به کشف ساختارهای جدید این مواد متمرکز است، بلکه به توسعه روش‌های سبز برای تولید آنها در مقیاس صنعتی نیز پرداخته شده است.
چارچوب‌های آلی‌فلزی یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌ها در علم مواد در سال‌های اخیر بوده‌اند. این مواد با داشتن ساختارهای متخلخل و سطح بالای تماس می‌توانند کاربردهای وسیعی در ذخیره‌سازی گازها، جداسازی مواد، کاتالیست، و حتی تصفیه آب داشته باشند. در میان انواع مختلف MOFs، چارچوب‌های مبتنی بر سریم (Ce — MOFs) به‌دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود مانند توانایی واکنش به شرایط محیطی، کاربردهای ویژه‌ای دارند. این گروه تحقیقاتی تلاش کرده تا روش‌های جدیدی برای سنتز و بهینه‌سازی این مواد با ویژگی‌های خاص برای کاربردهای مختلف پیدا کند و همچنین چالش‌ها و چشم‌اندازهای استفاده از آنها در دنیای واقعی را روشن کند.
در این پژوهش، Ce — MOFs با توجه به اکسیداسیون‌های مختلف سریم (Ce(III) و Ce(IV)) دسته‌بندی و مورد بررسی قرار گرفته‌اند. این چارچوب‌های آلی‌فلزی به دلیل تغییرات در ساختارهای کریستالی و ویژگی‌های شیمیایی سریم، پتانسیل‌های گسترده‌ای در صنعت دارند. نتایج این مطالعه نشان می‌دهند که ترکیب سریم با دیگر یون‌های فلزی و لیگاندهای آلی می‌تواند به تولید ساختارهای جدید با خواص منحصر به فرد منجر شود.
یکی از جنبه‌های برجسته این تحقیق، سنتز Ce — MOFs با استفاده از روش‌های سبز و در شرایط محیطی مناسب است. این روش‌ها علاوه بر کاهش هزینه‌ها، امکان تولید مقیاس بزرگ Ce — MOFs را فراهم می‌آورند. همچنین، روش‌های مختلفی برای سنتز این مواد بررسی شده‌اند که شامل تغییر در شرایط سنتز، انتخاب لیگاندهای مختلف و تغییر در ساختارهای بلوری می‌شوند.
کاتالیست و فوتوکاتالیست: Ce — MOFs به دلیل ساختارهای متخلخل خود می‌توانند به‌عنوان کاتالیزورهای موثر در واکنش‌های شیمیایی مختلف استفاده شوند. در این تحقیق، استفاده از Ce — MOFs در فرایندهای فتوشیمیایی و تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی شیمیایی بررسی شده است.
ذخیره‌سازی انرژی و تبدیل انرژی: Ce — MOFs به دلیل ویژگی‌های ساختاری خود می‌توانند در ذخیره‌سازی انرژی، به ویژه ذخیره‌سازی هیدروژن و متان، نقش مهمی ایفا کنند. این مواد همچنین در تبدیل انرژی و بهینه‌سازی فرایندهای الکتروشیمیایی استفاده می‌شوند.
جذب و جداسازی گاز: با توجه به ساختارهای متخلخل و توانایی جذب بالای Ce — MOFs، این مواد می‌توانند در جداسازی گازهای آلاینده مانند دی‌اکسیدکربن، نیتروژن و اکسیژن از هوا کاربرد داشته باشند.
تصفیه آب و فاضلاب: یکی از کاربردهای جالب Ce — MOFs در تصفیه آب و فاضلاب است. این مواد می‌توانند به عنوان فیلترهایی برای حذف آلودگی‌های مختلف از جمله فلزات سنگین و مواد آلی از آب استفاده شوند.
حساسیت شیمیایی و تشخیص: Ce — MOFs به دلیل ویژگی‌های خاص خود در تشخیص مواد شیمیایی و واکنش‌های مختلف مورد توجه قرار گرفته‌اند. این مواد می‌توانند به عنوان حسگرهای شیمیایی در کاربردهای مختلف از جمله پایش آلودگی و تشخیص مواد خطرناک مورد استفاده قرار گیرند.
با وجود پتانسیل‌های فراوان Ce — MOFs، هنوز چالش‌هایی وجود دارد که باید برای گسترش کاربردهای این مواد در صنعت حل شود. از جمله این چالش‌هامی توان به هزینه‌های بالا در تولید مقیاس بزرگ، پایداری محدود در شرایط محیطی خاص و مشکلات در بهینه‌سازی فرآیندهای سنتز اشاره کرد. برای غلبه بر این مشکلات، تحقیقات بیشتری در زمینه بهبود روش‌های سنتز و افزایش پایداری این مواد در شرایط مختلف مورد نیاز است.
کشف نشانه حیات روی یک ستاره دوردست!
تلسکوپ جیمز وب ناسا مولکولی روی یک ستاره کوتوله دوردست ردیابی کرده که به نظر می رسد نشانه ای از حیات باشد.
به گزارش اینترستینگ انجینرینگ، کشف این مولکول در ستاره که فسفین نام دارد، اکنون تردیدهایی درباره کاربرد آن به عنوان یک نشانگر زیستی در سیارات و قمرهای دیگر مانند ونوس به وجود آورده است.
فسفین مولکولی حاوی یک اتم فسفر و سه هیدروژن است. فسفین خالص بدون بو است هرچند گریدهای تجاری آن بوی سیر یا ماهی گندیده می دهند. ماده مذکور به شدت اشتعال پذیر است و در معرض هوا ممکن است منفجر شود.
این ماده روی زمین تنها توسط موجودات زنده (یا از طریق سنتز در صنایع شیمیایی) تولید می‌شود. به همین دلیل، بسیاری بر این باورند که وجود آن در سیارات دوردست می‌تواند نشانه‌ای از وجود نوعی حیات در آنجا باشد.
گروهی از محققان در سال ۲۰۲۰ میلادی تصور کردند که آن را در اتمسفر ونوس رصد کردند. این امر سبب شگفتی شد زیرا فسفین زودهنگام می شکند بنابراین اگر در آن سیاره وجود داشته یک ماده به طور مداوم تجدید می شود.
در نتیجه این امر برخی محققان تخمین زدند احتمالا اشکالی از حیات در حال تولید است. با این وجود محققان از قبل می دانستند فسفین در جو سیارات مشتری و زحل نیز از طریق فرآیندهای شیمیایی غیرزیستی در عمق جو آنها کشف شده است.
به همین دلیل و البته دلایل دیگر فسفین را نمی توان به طور خودکار نشانی از حیات دانست. اجسام آسمانی کوتوله قهوه‌ای به عنوان ستارگان شکست‌خورده ای مشهورند که اندازه آن ها کوچکتر از حد لازم برای آغاز همجوشی هیدروژن معمولی است اما از سیارات بزرگ‌تر هستند. این ستارگان کوچک در جوانی مقداری دوتریوم (ایزوتوپ سنگین هیدروژن) را همجوشی می‌کنند، اما این فرآیند به سرعت متوقف می‌شود.
به همین دلیل، آنها با نور کم می‌درخشند به طوری که دمای سطح جوان‌ترین و بزرگ‌ترین آن ها ممکن است به ۳۶۳۲ درجه فارنهایت یا ۲۰۰۰ درجه سلسیوس برسد. این کوتوله های قهوه ای عمدتاً در محدوده مادون سرخ می تابند نور می تابانند و بنابراین تلسکوپ‌هایی مانند جیمز وب برای بررسی آن ها بسیار مناسب است. داخل این کوتوله‌ها، گاز داغ در حلقه‌های همرفتی به گردش در می‌آید و مواد شیمیایی را در جو آنها جابه جا می‌کند.
اکنون برخی مدل ها پیش بینی می کنند کوتوله های قهوه ای و «مشتری های داغ» که سیارات خارج از منظومه شمسی بسیار عظیم هستند، احتمالا فسفین دارند.
برای آنکه بررسی شود آیا این مدل آب در خود دارد، تلسکوپ فضایی جیمز وب ۲۳ کوتوله قهوه ای را با دمای بین ۱۰۰ تا ۷۰۰ درجه سانتیگراد که بدون فسفین بودند، بررسی کرد. بررسی های این تلسکوپ فضایی نشان داد فسفین روی سیاره Wolf ۱۱۳۰C(یک کوتوله قهوه ای با دمای ۳۲۰ درجه سانتیگراد) وجود دارد. این کشف سوالات زیادی به وجود آورد که چرا فسفین فقط در این جسم آسمانی وجود دارد. فیزیک اخترشناسان هم اکنون سردرگم هستند، اما یکی از فرضیات آن است که Wolf ۱۱۳۰C بسیار پیر و کم‌فلز است و ممکن است ترکیبات شیمیایی داخلی آن را تغییر داده باشد.
سنجش گازهای جذب شده از پوست
محققان اولین دستگاه پوشیدنی جهان را طراحی کرده‌اند که قادر به سنجش گازهای منتشر شده و جذب شده از پوست است.
به گزارش معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش‌بنیان ریاست‌جمهوری، این فناوری پیشرفته با استفاده از مجموعه‌ای از حسگرهای حساس، تغییرات دما، بخار آب ،دی اکسیدکربن و ترکیبات آلی فرار (VOCS) را با دقت اندازه‌گیری می‌کند.
طراحی فناوری بدون «تماس» این دستگاه بسیار منحصر به فرد است. این گجت به صورت شناور در فاصله چند میلیمتری از پوست قرار می‌گیرد و بدون ایجاد اختلال در بافت‌های حساس داده‌های حیاتی را جمع‌آوری می‌کند.
این نوآوری می‌تواند انقلابی در مراقبت‌های پوستی ایجاد کند و از رصد بهبود زخم‌ها و تشخیص عفونت‌های پوستی تا سنجش سطح آبرسانی و ارزیابی مواجهه با مواد شیمیایی مضر را در بر می گیرد.
