خطأ الماس باعتباره نانومتر

الباحثون يجعلون مراكز الألوان مرئية في بلورات الماس لأول مرة

التركيز على درجة الوضوح الفائقة: عند تصوير عيوب شعرية في بلورات الماس ، يحقق مجهر STED نقطة تركيز أكثر وضوحًا بمقدار 28 مرة عن المجهر الفلوري التقليدي © Rittweger and Hell / MPIbpc
قراءة بصوت عال

الماس الكبير المثالي لا يطلبه العلماء. لأنه في مواقع العيوب بالتحديد ، يمكن تشكيل "مراكز ألوان" صغيرة من الناحية النانوية والتي تلعب دوراً رئيسياً في تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحديثة أو تشفير الكم. الآن نجح الباحثون لأول مرة في اكتشاف مراكز الألوان هذه في الكريستال عالي الدقة - باستخدام المجهر الضوئي ، بطبيعة الحال. باستخدام مجهر STED (استنزاف الانبعاثات المنشطة) ، تمكن العلماء من تحديد مراكز ملونة مفردة كثيفة.

لا يلمع الماس كحجر جوهري فقط: يقدّر الفنيون أنه يدوم كمادة صلبة للغاية ، ويهتم بشكل متزايد بالعلماء من أجل البلورة الثمينة. في العلم ، فإن الماس الفلورسنت الأرخص بكثير هو الذي يصنع البريق. يعتمد لونها على ذرات أجنبية في شعرية الماس ، مثل النيتروجين. عندما تكون ذرات النيتروجين القريبة من الشواغر في الشبكة البلورية صغيرة ذرية ، تتشكل مواقع عيوب ساطعة ، لأنه في هذه المواقع التي يمكن فيها الخلل يمكن أن تثير الإلكترونات بضوء الليزر ، كما هو الحال في جزيئات الصبغة. بالعودة إلى حالتها الأرضية ، تنبعث طاقة الإثارة كضوء الفلورسنت. هذا وقدرتها على تكوين مغناطيسات صغيرة ذرية تجعل مراكز الألوان في الماس مثيرة للاهتمام للباحثين من مختلف التخصصات.

عيوب الماس والمعالجات

على سبيل المثال ، يجب استخدام مراكز الألوان بالألماس كمعالجات صغيرة في أجهزة الكمبيوتر الكمومية في المستقبل من أجل تسريع عمليات حسابية معينة. ويجري حاليا بحث مدى ملاءمتها لتشفير البيانات الحساسة للغاية. ومع ذلك ، فإن مراكز الألوان في البلورة لها عيب حاسم في مناولتها: لا يمكن اكتشاف بعضها إلا بواسطة مجهر مضان. وذلك فقط إذا كان بعيدًا عن 200 نانومتر (مليون من المليمتر) ، لأن ذلك يتوافق مع الحد الأقصى لقرار المجهر الضوئي.

القرار المتخذ إلى أقصى الحدود

نجحت المجموعة البحثية التي يرأسها ستيفان هيل في معهد ماكس بلانك للكيمياء الفيزيائية الحيوية في غوتنغن في تسجيل الصور الأولى لمراكز الألوان الفردية المزدحمة بالكريستال باستخدام المجهر STED (تحفيز انبعاث الانبعاثات). دفع الباحثون حرفيًا دقة مجهر STED إلى أقصى الحدود: 5.8 نانومتر. يمكن تصوير مراكز الألوان بالألماس ، والتي كانت مجرد كسور من مسافة الحدود السابقة عن بعضها البعض ، بشكل فردي وتحديد موقعها على 0.15 نانومتر.

أصبح لدى العلماء الآن طريقة للتصدي لمراكز الألوان المزدحمة بشكل مكثف واحدًا تلو الآخر ، باستخدام الضوء المركّز - رغم أن الضوء والبصريات التقليدية بدت غير ملائمة تمامًا حتى وقت قريب بسبب الحيود. لمزيد من الاستكشاف والتطبيق لمراكز الألوان هذه ، يمثل هذا تقدمًا حاسمًا. أيضا ، يجب أن تستفيد بلورات من الطريقة. يمكن استكشاف الترتيب الذري في البلورات محليًا بطريقة مستهدفة. عرض

الماس كعلامة الفلورسنت

حقيقة أن ذرات النيتروجين تنبعث منها الضوء عند قصفها بوميض الليزر تجعلها مثيرة أيضًا للاهتمام بالتنظير النانوي نفسه. مع الماس الفلوريسنت ، يريد الباحثون الحصول على مزيد من الأسرار من النانوكوزم للخلايا الحية. لكن عليك الحصول على بلورات صغيرة من الناحية النانوية - فقط كجسيمات نانوية صغيرة يمكن استخدامها لتوسيم الخلايا.

تشرح إيفا ريتويغر ، طالبة الدكتوراه في مجموعة الأبحاث ، أن "أصباغ الفلورسنت العضوية التي نستخدمها بشكل روتيني مع STED لها عيب أنها تومض وتتلاشى في النهاية". "على النقيض من ذلك ، تظل مراكز الألوان في الألماس مستوية للغاية في مجهر STED."

تعمل مجموعات الأبحاث في W rzburg وشتوتغارت وكذلك في آسيا وأمريكا على استخدام الماس النانوي أيضًا في الأبحاث البيولوجية والطبية الأساسية. "إذا كان من الممكن نقل الخواص الموجودة في البلورة إلى بلورات صغيرة متناهية الصغر من الماس ، فسيحصل المرء تلقائيًا على منظار مضان دون تبيض - وبالتالي وصول آخر قوي جدًا إلى مقياس النانو للخلية". يقول ستيفان هيل.

(معهد ماكس بلانك للكيمياء الحيوية ، 26.02.2009 - NPO)