شكلٌ جديدٌ متوهجُ من الكربون أشد صلابةً من الألماس

ترجمة: حمد العيد.
مراجعة: عبدالحميد شكري.

ربما يدوم الألماس إلى الأبد، ولكنه لم يعد أصلب شكلٍ للكربون على الكوكب. معذرةً أيها الألماس. حيث أعلن باحثون من جامعة ولاية نورث كارولاينا في سلسلة الأبحاث المنشورة مؤخراً عن إنتاج شكلٍ جديدٍ من الكربون يدعى بـ كيو-كربون، ولقد تضمنت هذه السلسلة ورقةً نشرت هذا الأسبوع في مجلة الفيزياء التطبيقية.

يتخذ الكربون النقي (أيّ من دون خلط عناصر إضافيةٍ مثل الأكسجين) أشكالاً صلبةً مميزةً. الشكل الأول هو الجرافيت، وفيه تصطف ذرات الكربون لتشكل صفائح رقيقة. والجرافيت هو مادةٌ رقيقةٌ وهشةٌ، فهو يستخدم لإنتاج الجرافين ورصاص الأقلام. يحدث الشكل الآخر للكربون عندما تكوّن ذرات الكربون شبكةً بلوريةً صلبةً، وهي اللبنات الأساسية للألماس، والذي يستخدم في الصناعة والحُلي بالتأكيد.

يقول جي نارايان المؤلف الرئيسي لورقة البحث في بيان له: “لقد أوجدنا الآن شكلاً ثالثاً صلباً للكربون”. ويضيف: “إن المكان الوحيد الذي يمكن العثور عليه في العالم الطبيعي ربما يكون في قلب بعض الكواكب.”

صنع جي نارايان وفريقه الكيو- كربون عن طريق وضع كربونٍ غير متبلورٍ على قاعدةِ من طبقةٍ لمادةٍ صلبةٍ (ياقوتاً أزرق، زجاجاً، أو بلاستيكاً) ثم تسليط الليزر عليه. وللمعلومية، فالكربون غير المتبلور هو كربونٌ ليس لديه بنيةٌ محددةٌ، فمن المحتمل أنه يحتوي على قدرٍ ضئيلٍ من الجرافيت أو الألماس، لكن من دون بنيةٍ موحدةٍ، لذلك لا يعتبر “حالةً صلبةً للكربون”. حيث دمج الليزر الكربون غير المتبلور ليحوله إلى بنيةٍ بلوريةٍ أشد صلابةً من الألماس؛ وهو الكيو- كربون.




تمكّن الباحثون من تكوين عدة طبقات من الكيو- كربون بسُمك 40 إلى 500 نانومتر (ذلك يعني أقل من 0.0005 ملم كحدٍ أقصى). وللمادة الجديدة خاصية الفيرومغناطيسية، أي أن بالإمكان مغنطتها، وأن بإمكانها أن تتوهج عندما تتعرض لمجالٍ كهربائيّ. ربما تقود هذه المادة في النهاية إلى شاشاتٍ وعروضٍ رفيعةٍ جداً ولكن متينةٌ أيضاً، لكن ذلك اليوم لايزال بعيد المنال. فما زال الباحثون إلى الآن يتعلمون الخصائص الأساسية لهذه المادة الجديدة.

توجد هنالك جوانب أخرى للبحث ربما تكون أكثر قابلةٍ للتطبيق على المدى القصير. فيمكن استخدام تقنية الليزر لإنتاج قطع ألماسٍ صغيرةٍ من الكيو- كربون، عن طريق ضبط مدى سرعة برود الكربون بعد تعرضه لنبضات الليزر. حيث كانت قطع الألماس التي أنتجت في المختبرات سابقاً تتطلبت درجات حرارةٍ وضغطٍ هائلين للغاية ليتم إنتاجها. أما هذه الطريقة، فمن الممكن إجراءها في المختبرات في درجة حرارة وضغط الغرفة، مما يسمح للباحثين بإنتاج قطع ألماسٍ صغيرةٍ بسهولةٍ لاستخدامها في التجارب.

المصدر: (popsci)
جامعة ولاية نورث كارولاينا (North Carolina State University)
مجلة الفيزياء التطبيقية (Journal of Applied Physics)
كيو-كربون (Q-carbon)
الجرافيت (graphite)
الجرافين (graphene)
جي نارايان (Jay Narayan)
الفيرومغناطيسية (ferromagnetic)

Comments are closed.