పరిశోధకులు క్వాంటం చుక్కల కోసం ‘కొత్త సింథటిక్ సరిహద్దు’ను అన్‌లాక్ చేస్తారు

ఈ మైక్రోస్కోపిక్ స్ఫటికాలను పెంచడానికి కొత్త సాంకేతికత, ఈ వారం ప్రచురించబడింది సైన్స్ఉపయోగకరమైన రకమైన క్వాంటం డాట్‌ను నిర్మించడానికి కొత్త, మరింత సమర్థవంతమైన మార్గాన్ని కనుగొనడమే కాకుండా, భవిష్యత్ పరిశోధకుల అన్వేషణ కోసం మొత్తం నవల రసాయన పదార్థాల సమూహాన్ని కూడా తెరిచింది.

“మునుపు ఊహించలేని నానోక్రిస్టల్స్‌ను సిద్ధం చేయడానికి ప్రపంచవ్యాప్తంగా ఉన్న పరిశోధకులు ఈ సాంకేతికతను ఎలా ఉపయోగించగలరో చూడడానికి నేను సంతోషిస్తున్నాను” అని యుచికాగో యొక్క తలాపిన్ ల్యాబ్‌లో మాజీ పోస్ట్‌డాక్టోరల్ పరిశోధకుడు మొదటి రచయిత జస్టిన్ ఒండ్రీ అన్నారు.

యూనివర్శిటీ ఆఫ్ చికాగో, యూనివర్శిటీ ఆఫ్ కాలిఫోర్నియా బర్కిలీ, నార్త్‌వెస్టర్న్ యూనివర్శిటీ, కొలరాడో బౌల్డర్ విశ్వవిద్యాలయం మరియు అర్గోన్నే నేషనల్ లాబొరేటరీ పరిశోధకులను కలిగి ఉన్న బృందం — సాధారణంగా కరిగిన ఉప్పుతో నానోక్రిస్టల్స్‌ను రూపొందించడానికి ఉపయోగించే సేంద్రీయ ద్రావకాలను భర్తీ చేయడం ద్వారా ఈ అద్భుతమైన ఫలితాలను సాధించింది. — కాల్చిన బంగాళాదుంపలపై చల్లిన రకానికి చెందిన సూపర్ హీట్ సోడియం క్లోరైడ్.

“సోడియం క్లోరైడ్ మీ మనస్సులో ఒక ద్రవం కాదు, కానీ మీరు దానిని వెర్రి ఉష్ణోగ్రతకు వేడి చేస్తే అది ద్రవంగా మారుతుంది. ఇది ద్రవంగా కనిపిస్తుంది. ఇది నీటికి సమానమైన స్నిగ్ధతను కలిగి ఉంటుంది. ఇది రంగులేనిది. ఒకే సమస్య ఎవరూ పరిగణించలేదు. ఈ ద్రవాలు ఘర్షణ సంశ్లేషణకు మాధ్యమంగా ఉపయోగపడతాయి” అని UChicago Pritzker School of Molecular Engineering (UChicago PME) మరియు కెమిస్ట్రీ విభాగంలో ప్రొఫెసర్ డిమిత్రి తలాపిన్ అన్నారు.

ఉప్పు ఎందుకు?

క్వాంటం చుక్కలు మరింత ప్రసిద్ధి చెందిన నానోక్రిస్టల్స్‌లో ఉన్నాయి, వాటి విస్తృత వాణిజ్య ఉపయోగాలకు మాత్రమే కాకుండా వాటిని కనుగొన్న బృందానికి ఇటీవలి 2023లో రసాయన శాస్త్రంలో నోబెల్ బహుమతిని అందించారు.

“అప్లికేషన్స్ పరంగా సమాజంపై ప్రభావం చూపే నానో ప్రపంచం నుండి ఏదైనా పదార్థం ఉంటే, అది క్వాంటం డాట్” అని పేపర్ సహ రచయిత యుసి బర్కిలీ ప్రొఫెసర్ ఎరాన్ రబానీ అన్నారు.

ఏదేమైనా, నోబెల్ పనితో సహా క్వాంటం డాట్‌లపై మునుపటి పరిశోధనలు చాలా వరకు ఆవర్తన పట్టికలోని రెండవ మరియు ఆరవ సమూహాల నుండి మూలకాల కలయికను ఉపయోగించి పెరిగిన చుక్కల చుట్టూ ఉన్నాయని రబానీ చెప్పారు. వీటిని “II-VI” (రెండు-ఆరు) పదార్థాలు అంటారు.

క్వాంటం చుక్కల కోసం మరింత ఆశాజనకమైన పదార్థాలు ఆవర్తన పట్టికలో మరెక్కడా కనుగొనబడతాయి.

ఆవర్తన పట్టికలోని మూడవ మరియు ఐదవ సమూహాలలో కనిపించే పదార్థాలు (III-V పదార్థాలు) అత్యంత సమర్థవంతమైన సౌర ఘటాలు, ప్రకాశవంతమైన LEDలు, అత్యంత శక్తివంతమైన సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లు మరియు వేగవంతమైన ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలలో ఉపయోగించబడతాయి. అవి గొప్ప క్వాంటం చుక్కలను తయారు చేయగలవు, కానీ, కొన్ని మినహాయింపులతో, ద్రావణంలో నానోక్రిస్టల్స్‌ను పెంచడానికి వాటిని ఉపయోగించడం అసాధ్యం. ఈ పదార్థాలను తయారు చేయడానికి అవసరమైన ఉష్ణోగ్రతలు ఏదైనా తెలిసిన సేంద్రీయ ద్రావకం కోసం చాలా ఎక్కువగా ఉన్నాయి.

కరిగిన ఉప్పు వేడిని తట్టుకోగలదు, ఈ మునుపు అందుబాటులో లేని పదార్థాలను అందుబాటులో ఉంచుతుంది.

“కరిగిన ఉప్పు సంశ్లేషణ యొక్క ఈ విభిన్నమైన పురోగమనం, ప్రొ. తలాపిన్ సమూహం మొదటిసారిగా అనేక పదార్థాలకు మార్గదర్శకత్వం వహించింది, దీని కోసం గతంలో ఘర్షణ సంశ్లేషణ అందుబాటులో లేదు” అని ఆర్గోన్ నేషనల్ లాబొరేటరీతో సంయుక్త నియామకం కలిగి ఉన్న సహ రచయిత రిచర్డ్ డి. షాలర్ చెప్పారు. నార్త్ వెస్ట్రన్ విశ్వవిద్యాలయం. “ఇప్పుడు కొత్తగా అందుబాటులో ఉన్న అనేక మెటీరియల్‌లతో ప్రాథమిక మరియు అనువర్తిత పురోగతులు సాధించవచ్చు మరియు అదే సమయంలో ఇప్పుడు కమ్యూనిటీకి సరికొత్త సింథటిక్ సరిహద్దు అందుబాటులో ఉంది.”

క్వాంటం యుగం

నానోక్రిస్టల్స్‌ను సంశ్లేషణ చేసే పరిశోధకులు కరిగిన ఉప్పును పట్టించుకోకపోవడానికి ఒక కారణం దాని బలమైన ధ్రువణత అని కొత్త పేపర్ యొక్క రెండవ రచయిత యుచికాగో గ్రాడ్యుయేట్ విద్యార్థి జిరుయ్ జౌ చెప్పారు.

ఉప్పు యొక్క ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన అయాన్లు మరియు ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన అయాన్లు ఒకదానికొకటి బలంగా లాగుతాయి. నానోక్రిస్టల్స్ వంటి చిన్న వస్తువులు చిన్న ఉపరితల ఛార్జ్‌లను కలిగి ఉంటాయి, కాబట్టి ఉప్పు అయాన్‌లు లోపలికి లాగడం వలన ఛార్జ్ వెనుకకు నెట్టడానికి చాలా బలహీనంగా ఉంటుందని పరిశోధకులు భావించారు. ఏదైనా పెరుగుతున్న స్ఫటికాలు స్థిరమైన పదార్థాన్ని ఏర్పరచడానికి ముందే చూర్ణం చేయబడతాయి.

లేదా మునుపటి పరిశోధకులు భావించారు.

“ఇది ఒక ఆశ్చర్యకరమైన పరిశీలన,” జౌ చెప్పారు. “ఈ వ్యవస్థల గురించి శాస్త్రవేత్తలు సాంప్రదాయకంగా ఏమనుకుంటున్నారో దానికి ఇది చాలా విరుద్ధంగా ఉంది.”

కొత్త సాంకేతికత మెరుగైన, వేగవంతమైన క్వాంటం మరియు క్లాసికల్ కంప్యూటర్‌ల కోసం కొత్త బిల్డింగ్ బ్లాక్‌లను సూచిస్తుంది, అయితే పరిశోధనా బృందంలోని చాలా మందికి, నిజంగా ఉత్తేజకరమైన భాగం అధ్యయనం కోసం కొత్త పదార్థాలను తెరవడం.

“మానవ చరిత్రలో అనేక యుగాలు మానవత్వం అందుబాటులో ఉన్న పదార్థాల ద్వారా నిర్వచించబడ్డాయి — ‘కాంస్య యుగం’ లేదా ‘ఇనుప యుగం’ అని ఆలోచించండి,” అని ఒండ్రీ చెప్పారు. “ఈ పనిలో మేము దాదాపు డజను కొత్త నానోక్రిస్టల్ కంపోజిషన్‌లను సంశ్లేషణ చేయగల సామర్థ్యాన్ని అన్‌లాక్ చేసాము, ఇది భవిష్యత్ సాంకేతికతలను ప్రారంభిస్తుంది.”