يمكن للمجهر الإلكتروني الجديد الذي تبلغ شدته 200 مرة في الولايات المتحدة أن يحول البطاريات والرقائق
قامت الولايات المتحدة بتركيب مجهر إلكتروني مصنوع خصيصًا لديه القدرة على تحويل الأبحاث المستقبلية إلى تكنولوجيا البطاريات وأشباه الموصلات والحوسبة الكمومية والمواد المتقدمة. تم تركيب المجهر الإلكتروني الماسح الثوري الجديد في مركز المواد النانوية الوظيفية (CFN) في مختبر بروكهافن الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (BNL). نظام الترشيح الخاص به فريد من نوعه لدرجة أنه يصل إلى دقة طاقة أفضل 200 مرة من المجاهر الحالية. تم تصميم الأداة خصيصًا للمنشأة. وسيسمح للفريق بتحليل التركيب الذري للمادة والتركيب الكيميائي والسلوك الإلكتروني بتفاصيل غير مسبوقة. علاوة على ذلك، يمكنه تقييم الثلاثة في وقت واحد. ووفقا للعلماء، فإن المجهر يسد فجوة طويلة الأمد بين المجهر الإلكتروني ومرافق الأشعة السينية السنكروترونية القوية. وقال ييمي تشو، دكتوراه، وهو عالم فيزياء كبير وقائد مجموعة المجهر الإلكتروني المتقدم والبنية النانوية والعيوب الهيكلية: “لقد تجاوزنا بالفعل الحد الأقصى الحالي لأدوات المجهر”. كشفت الرؤى الذرية BNL أن الأداة تقدم أربعة تطورات تكنولوجية رئيسية. إحدى هذه الميزات البارزة هي زوج من أجهزة كشف الإلكترون الثانوية التي يمكنها في الوقت نفسه تصوير الأسطح العلوية والسفلية للعينة بتفاصيل ذرية. هذه القدرة ذات قيمة خاصة لأبحاث المحفز. تقود المحفزات التفاعلات الكيميائية المستخدمة في تحويل الطاقة وتخزينها. ولهذا السبب، فإن فهم كيفية تغير أسطحها أثناء التشغيل يمكن أن يساعد في تصميم بطاريات وخلايا وقود وتقنيات أخرى للطاقة النظيفة أكثر كفاءة. جوديث يانغ وييمي تشو وسويون هوانغ يقفون مع مجهر إلكتروني في مركز المواد النانوية الوظيفية في مختبر بروكهافن. قالت جوديث يانغ، دكتوراه، قائدة مجموعة المجهر الإلكتروني في CFN: “باستخدام هذه المعدات، يمكننا فحص جانبي المحفز قبل التفاعل وبعده للحصول على فهم أكثر اكتمالًا لكيفية تغير هيكله وكيف تؤثر هذه التغييرات على أدائه الكيميائي”. علاوة على ذلك، يعزز المجهر التحليل الطيفي لفقد طاقة الإلكترون (EELS)، وهي طريقة تقيس كيفية فقدان الإلكترونات للطاقة أثناء مرورها عبر المادة. يحتوي المجهر أيضًا على نظام بصري مُعاد تصميمه، يعمل على توسيع نطاق الطاقة القابل للقياس بأكثر من خمس مرات. يمكن للعلماء استخدام هذه القياسات لتحليل حالات الأكسدة والترابط الكيميائي، مثل كيفية تغير مواد البطارية أثناء الشحن والتفريغ. يعد نظام ترشيح الطاقة الخاص بالمجهر إنجازًا هائلاً آخر، حيث يمكنه توفير دقة طاقة أكبر 200 مرة من المجاهر الإلكترونية الحالية. يتيح التحسين EELS التي تم حلها بالزخم. ويعني ذلك أن الفريق يمكنه تقييم أشباه الجسيمات مثل الفونونات، والمغنونات، والبلازمونات، وغيرها من الإثارة الإلكترونية التي تتحكم في كيفية توصيل المواد للحرارة، والاستجابة للمجالات المغناطيسية، والتفاعل مع الكهرباء والضوء. تعمل الأداة أيضًا بفولتية منخفضة تصل إلى 20 كيلو إلكترون فولت (keV)، وهو أقل من نطاق 100 إلى 300 كيلو إلكترون فولت النموذجي لمعظم المجاهر الإلكترونية. فهو يقلل من الأضرار التي تلحق بالمواد الحساسة للغاية ويحافظ على التصوير على المستوى الذري. وهذا يجعل النظام مناسبًا بشكل خاص لدراسة المواد الكمومية ثنائية الأبعاد التي يبلغ سمكها ذرة واحدة فقط أو بضع ذرات. وشدد تشو على قيمة المجهر. وأشار الباحث في بيان صحفي إلى أن “الإلكترونات ذات الجهد المنخفض لا تتمتع بقدرة تشتت أعلى فحسب، بل يمكنها أيضًا تقليل الضرر الذي يلحق بالمواد الحساسة”. يدعم برنامج النظام المستند إلى Python التشغيل عن بعد. ويمكن أن يؤدي هذا إلى إجراء مجهري مستقل بمساعدة التعلم الآلي، ويجعل التجارب أكثر كفاءة. وسينضم إليه قريبًا مجهر إلكتروني جديد ثانٍ. وقالت سويون هوانج، دكتوراه، والأستاذة المشاركة في جامعة دونجوك في كوريا الجنوبية، والتي ساعدت في الحصول على المجهر: “إن هذه الأداة تفتح الباب أمام تجارب جديدة تمامًا”. “ستمكن CFN من معالجة الأسئلة العلمية التي كانت بعيدة المنال في السابق، ونحن متحمسون لرؤية ما سيكتشفه المستخدمون.”
تم النشر: 2026-07-27 22:43:00
