Fanda Kimyogarlar Nima Qilib Qo'ydi?

Olimlar muammoni butunlay boshqacha qarab hal qilganda, bu menga doimo yoqadi. Toronto universitetida ishlayotgan muhandislar guruhi ham aynan shunday qildi.

Ular shunday kichik nanozarrachalar yaratdiki, ular hattoki eng past konsentratsiyadagi kimyoviy moddalarni ham aniqlay oladi — va men "eng past" deyanda, haqiqatan ham shuni nazarda tutaman. Bu shunchaki somon to'dasida igna topish emas — bu igna yashirin, to'p esa butun tog' kattaligidagi somon.

Ular Qanday Ishlaydi?

Mana bu yerda qiziqarli bo'ladi. Olimlar bularni "bo'yoq-sezgirlashgan yuqoriga aylantirish nanozarrachalari" deb ataydi. Xavotir olmang, tushuntiraman.

Oddiy bo'yoqlar bir xil yo'nalishda ishlaydi — yuqori energiyali yorug'likni olishib, uni past energiyali yorug'likka aylantiradi. Bu zinadan tepaga tashlangan to'pga o'xshaydi — u faqat pastga dumalaydi, hech qachon yuqoriga emas.

Lekin bu yangi nanozarrachalar boshqacha qiladi. Ular past energiyali yorug'likni (yaqin infraqizil yorug'likni — shu kichik lazer pointerlarda ishlatiladigan turini) olishib, yuqori energiyali yorug'likka — aniqrog'i, yorqin yashil rangga aylantiradi.

Bu "yuqoriga aylantirish" deb ataladi, va aynan shu sababli bu zarrachalar shunday o'ziga xos.

Quyoshni o'chirgandek

Tadqiqotni boshqargan professor Kay Xuang menga shunday tushuntirdi:

"Strelkani ko'zlaganga o'xshating. Yulduzlar doimo shu yerda, lekin kunduzi quyosh shunchalik yorqinki, siz ularni ko'ra olmaysiz. Yulduzlar soz qolgan — ular shunchalik yorqin chaqnayapti — lekin quyosh ularni bosib qo'yadi."

Olimlar an'anaviy usullarda kichik miqdordagi kimyoviy moddalarni aniqlashga harakat qilganda, xuddi shu muammo yuz beradi. Namuna o'zi fon yorug'ligini hosil qiladi, va bu signal atrofidagi shovqin ishlarni qiyinlashtiradi.

"Lekin yuqoriga aylantirish yordamida siz namunaning o'zi ishlab chiqaradigan chastotadan boshqa chastota bilan qo'zg'atasiz," deydi Xuang. "Bu quyoshni o'chirib, nihoyat yulduzlarni ko'rishga o'xshaydi."

Bu degani, nanozarrachalardan keladigan signal qorong'i fonda aniq ko'rinadi. Oradagi barcha shovqin yo'qoladi.

Asosiy Muammo

Va mana bu yerda chin muhandislik sehr sodir bo'ldi.

Bu nanozarrachalar ikkita maxsus kimyoviy element — iterbiy va erbiy — yordamida ishlaydi. Ular lantanoidlar guruhiga tegishli va ularning bu "yuqoriga aylantirish" hiylasini amalga oshirish qobiliyati ajoyib.

Lekin bir muammo bor edi. Signalni yorqinroq qilish uchun zarrachaga ko'proq iterbiy joylash kerak. Oddiy tuyuladi, to'g'rimi? Faqat ko'proq qo'shish kerak.

Lekin to'siqqa duch kelasan: agar iterbiy atomlarini bir-biriga juda zich joylashtirsangiz, ular faqat tashqi energiyani emas, balki chiqayotgan yorqin yashil signal energiyasini ham yutishni boshlaydi. Bu kalabal ichida baqirishga o'xshaydi — odamlar doimo sizni jim qilishga harakat qiladi.

Tadqiqotchilar buni "teskari energiya uzatish" deb atashdi, va bu asosan signalni yo'q qilayotgan edi.

Yorug'lik Uchun Bir Tomonlama Yo'l

Breakthrough (yangi kashfiyot) o'sha paytda bo'ldi, когда аспирант Цзязэ By и команда полностью переосмыслили структуру частицы.

An'anaviy tekis, olti burchakli shakl o'rniga, ular qavatli 3D olmos shaklidagi zarrachalar yaratdilar — piyozning yadrosiga o'xshaydi, lekin har bir qavatda maxsus atomlar zichligi boshqacha.

"Biz gradient yaratdik," deb tushuntiradi By. "Iterbiy konsentratsiyasi har bir qavat orqali harakatlanganda zichroq bo'ladi, yadro esa eng zich qism."

Bu dizayn asosan energiya uchun bir tomonlama avtomagistral yaratadi. Yorug'lik ichiga kiradi, qavatlardan pinball kabi sakrab o'tadi va yadro markazidagi erbiy atomlarga yo'naltiriladi, ular esa shu chiroyli yashil yorug'likni chiqaradi.

Va bu yerdagi aqlli qism: ular buni qurishdan oldin kompyuter modellashtirish yordamida loyihalashdi. Cheksiz sinash va xato qilish yo'q — ular aniq bilishardi nima yaratmoqchi.

Bu Nima Uchun Kerak?

Shunday yashil yorqinlik beruvchi nanozarrachalar sizga nega muhim?

Dori-darmon ishlab chiqarishni o'ylab ko'ring. Dorixonkalar o'z dorilarida noto'g'ri aralashmalar yo'qligiga katta kuch sarflaydi. Noto'g'ri kimyoviy moddaning hattoki kichik izi ham zararli bo'lishi mumkin. Bu nanozarrachalar bilan iflosliklarni aniqlash anchagina oson bo'ladi.

Yoki atrof-muhitni tekshirishni ko'zing. Yerdagi suvda ifloslantiruvchi moddalarning kichik izlarini topmoqchimisiz? Bu zarrachalar joriy aniqlash usullarida ko'rinmaydigan kimyoviy moddalarni ham ko'rsatishi mumkin.

Eng yaxshi tomoni? Ular faollashtirish uchun ishlatiladigan infraqizil yorug'lik arzon va olish oson. Qimmat, murakkab asboblar shart emas.

Yakuniy Fikrlar

Sizga nima deyishini bilmayman, lekin bu materiallar menga juda qiziqarli tuyuladi. Biz nano miqyosda materiya dizaynlayapmiz — ko'rinmas yorug'likni tutib, uni ko'rinadigan narsaga aylantiradigan narsa.

Va "teskari energiya uzatish" muammosini kimyo o'rniga struktura haqida o'ylab hal qilganlarmi? Bu menga kulumsiratadigan elegant muhandislik.

Ba'zan eng yaxshi yechimlar yangi materiallarni topish haqida emas — allaqachon bor narsalarni aqlliroq tartibga solish haqida.

Tadqiqot Kimyoviy Jamiyatning Amerika jurnalida e'lon qilindi va bu qayerda borishini kuzatib boraman. Agar bu nanozarrachalar real dunyo sinovlari uchun moslashtirilsa, biz dori ishlab chiqaruvchilardan tortib atrof-muhit olimlarigacha hamma uchun chinakam foydali asbob ko'ramiz.

Ko'rinmas endi bir oz ko'rinadigan bo'ldi.

Manba: ScienceDaily