تمكن علماء الفيزياء الروس من اختراغ مادة مغناطيسية جديدة تتغير خصائصها بتغير أنواع التفاعلات الكيميائية التي تحدث داخلها.

وقال المكتب الصحافي للمعهد الفيزيائي التابع لأكاديمية العلوم الروسية الخميس 13 أكتوبر إن هذا "المغناطيس الكيميائي" يمكن استخدامه لتصنيع محركات نانوية للروبوتات المتناهية الصغر في المستقبل.

صناعة مغناطيس كيميائي

وأكد الباحث الرائد في المعهد بوريس كيتشاتوف قوله:" لقد أجرينا سلسلة من التجارب على لوحة ثنائية المعدن تطفو على سطح الإلكتروليت، واستوضحنا أنه في حال حدوث تفاعل كيميائي في مثل هذا النظام، فإن هذا الجسم يعمل مثل المغناطيس. ونتيجة لذلك تزداد القابلية المغناطيسية لمثل هذا الروبوت مقارنة بالحساسية المغناطيسية للمعادن، التي صنع منها في الأصل".

الآلات النانوية الجزيئية

وقد ابتكر العلماء على مدى السنوات العشر الماضية عشرات الآلات النانوية الجزيْئية المختلفة، بما في ذلك الملقط، وأنظمة نقل الأدوية من نقطة إلى أخرى، وحتى أجهزة الكمبيوتر البدائية والروبوتات "المحولات". وأدى التقدم السريع في هذا المجال إلى منح جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2016 إلى العلماء، فيرينجا وفريزر ستودارت وجان بيير سوفاج  لقاء  تصميم وتجميع الآلات الجزيْئية. 

صعوبة تصنيع محركات نانوية آمنة

لكن تطورها لاحقاً يعد أمرا معقّدا، إذ أن تعقيد عملية تجميع الهياكل النانوية الكبيرة يزداد بسرعة كبيرة ، وتبيّن أن إدخال تغييرات على تصميمها والتحكم في تشغيلها أصبح مهمة في غاية الصعوبة، وهناك عقبة أخرى أمام تصميم واستخدام الروبوتات النانوية الكاملة، وإنها تكمن في أن الباحثين عاجزون حتى الآن، تصنيع محركات نانوية آمنة.

استخدام مغناطيس كيميائي في المحركات النانوية

واتخذ، كيشاتوف وزملاؤه خطوة كبيرة نحو حل هذه المشكلة، وتمكنوا من تطوير مادة مغناطيسية جديدة يمكن التحكم في خصائصها باستخدام تفاعلات الأكسدة والاختزال، ما يسمح باستخدامها لتصنيع محركات نانوية قابلة للتعديل.

آلية عمل المغناطيس الكيميائي

وحسب الباحثين، فإن هذه المادة عبارة عن صفيحة تتكون من لوحيْن متصليْن ومتكونيْن من معدنيْن مختلفيْن، وهما الزنك والنحاس اللذان عادة ما لا يُظهران  نشاطا مغناطيسيا. ويحدث هذا النشاط داخل ألواح الزنك والنحاس نتيجة لغمرها في الإلكتروليت حيث يبدأ التيار الكهربائي في التدفق من خلاله نتيجة لبدء تفاعل كلفاني.

وينحصر سبب حدوثه في أن الزنك والنحاس لهما إمكانات كهروكيميائية مختلفة تماما، ونتيجة لذلك فإن تفاعل الزنك والنحاس مع الإلكتروليت  تؤدي إلى أن الزنك يتأكسد والنحاس يستعاد. وهذه العملية مصحوبة بظهور حلقة مغلقة من التيار الكهربائي، تولد حقلا مغناطيسيا.

صناعة نظائر نانوية للمحركات الكهربائية

ويسمح ظهور هذا الحقل بالتحكم في حركة الروبوتات النانوية، حيث يتم دمج مثل هذا المزيج من المعدنين، وذلك باستخدام مغناطيس دائم خارجي وتفاعلات كيميائية. وخلص العلماء إلى أنه بالإضافة إلى ذلك يمكن استخدام هذه الظاهرة بغية تصنيع نظائر نانوية للمحركات الكهربائية وكذلك الأدوية وأجهزة الاستشعار التي لا يتم تنشيطها إلا داخل بيئة كيميائية معينة.