تمكن باحثون من جامعة براون وجامعة ميشيغان من تحقيق خدعة كانت محصورة سابقاً في أحلام اليقظة لعلماء الفيزياء النظرية: لقد ابتكروا واستقروا مرحلة جديدة من المادة باستخدام جسيمات فضية صغيرة مرتبة مثل مكعبات ليغو الكونية. العمل، المنشور في مجلة Science، يلتقط حالة هيكلية وسيطة تظهر فجأة أثناء التحول بين ترتيبين بلوريين شائعين في المعادن - حالة عابرة لدرجة أن العلماء كانوا يخمنون وجودها فقط.
المادة المستحدثة لا تقف مكتوفة الأيدي بمظهرها الغريب فحسب؛ بل تظهر أيضاً سلوكاً بصرياً غير عادي، وتحديداً اقتراناً قوياً عميقاً بين الضوء والمادة، حيث تهتز الإلكترونات داخل الجسيمات الفضية النانوية بشكل متزامن مع موجات الضوء وتصبح متشابكة كمومياً. بشكل ملحوظ، يحدث هذا التأثير في درجة حرارة الغرفة، وهو أشبه بالعثور على بطريق يزدهر في الصحراء الكبرى. يقترح الباحثون أن هذا قد يكون مفيداً في النهاية للحوسبة الكمومية وتقنيات المعلومات الكمومية الأخرى - لأن ما يحتاجه العالم هو المزيد من الطرق لحساب أشياء موجودة هنا وليست هنا في آن واحد.
لبناء تحفتهم المجهرية، قام الفريق بتجميع جسيمات فضية نانوية على شكل ثماني أوجه مبتورة - يسمونها "ميكونات" - تشبه الماسة مع قطع زواياها، مما ينتج شكلاً هندسياً ذا 14 وجهاً. المؤلف الرئيسي ياسوتاكا ناغاوكا والفريق ضبطوا ظروف التسخين لإنتاج ميكونات بدرجات متفاوتة من الاستدارة، ثم طلواها بسلاسل جزيئية طويلة تعمل كموصلات لزجة، مما يسمح للجسيمات بالتجميع الذاتي في هياكل أكبر مرتبة تسمى الشبكات الفائقة للجسيمات النانوية.
"عملنا يشبه قليلاً لعب الأطفال بمكعبات ليغو،" قال أو تشين، أستاذ مشارك في الكيمياء بجامعة براون وأحد المؤلفين المراسلين، في ما قد يكون التشبيه العلمي الأكثر قرباً منذ "إنها مثل البالونة والطوبة." وجد الفريق أن الطلاءات الجزيئية لعبت دوراً حاسماً في تثبيت الترتيبات التي تطابق الهياكل الانتقالية التي تنبأ بها مسار نيشياما-واسرمان - نموذج رائد لكيفية تحول المعادن بين الترتيبات البلورية المكعبة المتمركزة الوجوه (FCC) والمكعبة المتمركزة الجسم (BCC).
"لطالما اهتم علماء المواد بكيفية التحكم في كمية FCC و BCC في معادنهم، لكن التحولات بين هذه المراحل كانت صعبة الدراسة لأنها غير مستقرة للغاية،" قال تيم مور، أحد المؤلفين المشاركين من جامعة ميشيغان. "القدرة على مراقبة هذه الهياكل هي اختراق أساسي في علم المواد." تم دعم البحث بجبل صغير من المنح من مؤسسة العلوم الوطنية ووزارة الطاقة، لأنه على ما يبدو اكتشاف مرحلة جديدة من المادة ليس رخيصاً.
"في أي وقت تتمكن فيه من تحديد مرحلة جديدة من المادة، ستظهر تطبيقات جديدة،" أضاف تشين، وهو المعادل العلمي لـ "ابنِها وسيأتون" - بافتراض أن "هم" هم أجهزة الكمبيوتر الكمومية وأجهزة الاستشعار المتقدمة.