پژوهشگران دانشگاه منچستر ۱٫۵ میلیون پوند کمک‌هزینه از شورای پژوهش‌های مهندسی و علوم فیزیکی بریتانیا دریافت کرده‌اند تا یک برنامه چهار ساله درباره «فیزیک‌مکانیک فروماده‌ٔ الکتریکی» را آغاز کنند. این طرح از ژانویه ۲۰۲۷ شروع می‌شود و بررسی می‌کند چگونه مواد اتمی‌نازک می‌توانند به ساخت نانوموتورهای قابل‌کنترل با برق بینجامند؛ سامانه‌هایی که قادرند حرکت و جابه‌جایی ماده را در مقیاس اتمی ممکن کنند.
نکات کلیدی
- این بودجه از نوع کمک‌هزینه پژوهشی استاندارد شورای پژوهش‌های مهندسی و علوم فیزیکی بریتانیا است و ارزش آن ۱٫۵ میلیون پوند است.
- پروژه در مؤسسه گرافن ملی دانشگاه منچستر پیش می‌رود.
- زمان آغاز طرح ژانویه ۲۰۲۷ است و مدت آن چهار سال خواهد بود.
- پژوهش روی حرکت الکتریکی در مواد دوبعدی و کاربردهای احتمالی در حسگری و نانوسیال‌مکانیک متمرکز است.
- تیم پژوهش می‌گوید این برنامه می‌تواند به فناوری‌های کوانتومی، سامانه‌های نانو‌الکترومکانیکی و اندازه‌شناسی هم کمک کند.
این طرح برای دانشجویان و پژوهشگران چه معنایی دارد؟
این کمک‌هزینه جایگاه پژوهشی منچستر در مواد پیشرفته و نانوفناوری را تقویت می‌کند و برای دانشجویان تحصیلات تکمیلی، همکاران پژوهشی و افرادی که در اطراف مؤسسه گرافن ملی کار می‌کنند اهمیت دارد. این برنامه گروهی از تخصص‌ها را کنار هم می‌آورد؛ از نانوساخت و میکروسکوپی گرفته تا اندازه‌گیری‌های انتقال الکترونی، نظریه و توصیف مواد.
از نظر عملی، اهمیت طرح در این است که پژوهشگران می‌خواهند ببینند «فروماده‌ٔ الکتریکی لغزشی» چگونه می‌تواند به حرکت کنترل‌شده در مایع و سامانه‌های نانوسیالی بازپیکربندی‌پذیر منجر شود. تیم همچنین قصد دارد درباره مفاهیمی مانند شیرهای نانومقیاس و «موتورهای پله‌ای وان‌در‌والس» پژوهش کند؛ سامانه‌هایی که می‌توانند نانو‌اشیا را در گام‌هایی حدود یک آنگستروم جابه‌جا کنند.
- چه کسانی درگیر می‌شوند: پژوهشگران منچستر و فعالان حوزه مواد پیشرفته، نانوفناوری و رشته‌های مرتبط.
- زمان: آغاز پروژه در ژانویه ۲۰۲۷.
- مکان: مؤسسه گرافن ملی، دانشگاه منچستر.
- آنچه باید دنبال شود: توسعه ابزارهای اتمی‌دقیق و سامانه‌های نانوسیالی.
چرا نانوموتورهای اتمی‌دقیق مهم‌اند؟
اهمیت این موضوع از آنجا می‌آید که کنترل حرکت در مقیاس نانو برای حوزه‌هایی مانند حسگری، زیست‌نانو و دستگاه‌های کوانتومی روزبه‌روز مهم‌تر می‌شود. طرح منچستر می‌خواهد فیزیک بنیادی فرایندهای لغزش در مقیاس اتمی را بفهمد و همین دانش را به ابزارهایی تبدیل کند که بتوانند حرکت در مقیاس نانو را هم حس کنند و هم کنترل کنند.
پایه علمی این کار به دستاوردهای تازه در مواد لایه‌ای برمی‌گردد، از جمله «فروماده‌ٔ الکتریکی لغزشی» که در آن جابه‌جایی‌های مکانیکی بسیار کوچک میان لایه‌های اتمی‌نازک، مستقیماً با ویژگی‌های الکترونیکی پیوند دارد. همین کوپل‌شدگی مبنای پژوهش تازه است.
پژوهش دقیقاً چه چیزهایی را خواهد ساخت؟
این برنامه بررسی می‌کند چگونه می‌توان از مواد دوبعدی برای ساخت نانوموتورهایی استفاده کرد که در مایع با برق کنترل می‌شوند. همچنین ارزیابی می‌کند آیا می‌توان از همین مواد برای سامانه‌های نانوسیالی بازپیکربندی‌پذیر و ابزارهایی برای کنترل دقیق حرکت در مقیاس اتمی بهره گرفت.
از جمله ایده‌هایی که تیم بر آنها تأکید کرده، شیرهای نانومقیاس برای کنترل جریان در کانال‌های فوق‌العاده کوچک و یک نسل تازه از «موتورهای پله‌ای وان‌در‌والس» با محرک الکتریکی است.
چه کسانی در این پروژه حضور دارند؟
هدایت این کمک‌هزینه با پروفسور رومن گورباچف است. در کنار او پروفسور ولادیمیر فالکو، پروفسور سارا هی، پروفسور سر آندرئ گایم و دکتر نیکولاس کلارک نیز حضور دارند و تجربه‌های خود را از جامعه گرافن و مواد پیشرفته منچستر به این طرح می‌آورند.
به گفته دانشگاه، این بودجه جایگاه منچستر را در پژوهش مواد پیشرفته و نانوفناوری بیش از پیش تقویت می‌کند و بر کارهای پیشین این دانشگاه در گرافن، هتروساختارهای وان‌در‌والس و مواد اتمی‌نازک تکیه دارد.
