إن التلاعب في ذرات أشباه الموصلات المادة الأساسية لصناعة الترانزستورات وإعادة ترتيبها والتحكم في أبعادها لا يهدف فقط إلى الحصول على مواد متناهية الصغر، بقدر ما يهدف إلى الحصول على شرائح إلكترونية جديدة ومتميزة تتوافر فيها خواص فريدة تؤهلها لصناعة أجيال جديدة من معالجات الحاسبات السريعة ذات القدرات العالية. فتصغير المادة يؤدي إلى اكتسابها صفات جديدة لم تكن متأصلة فيها من قبل. وهذه الصفات تكتسبها المادة المصغرة كنتيجة طبيعية لزيادة المساحة السطحية لها بعدة ملايين من المرات، ومن ثم بروز كم هائل من ذراتها على هذه الأسطح بعد أن كانت مختبئة داخل حبيبات المادة قبل إتمام عملية التصغير، إن زيادة مساحة الأسطح تزيد من نشاط وفاعلية المادة، فإذا أخذنا فلز الذهب المكون من حبيبات كبيرة الأحجام مثالا، فإننا نجد أنه فلز نبيل لا يتفاعل مع أي عوامل تحيط به، لذا فهو خامل. بيد أنه إذا ما صُغرت حبيبات فلز الذهب لتكون في مستوى النانو، فإن ذلك يعمل على تنشيطها وفاعليتها، لذا فهي تستخدم كمحفزات كيميائية قوية.

وعلى الرغم من مرور نصف قرن منذ أن أطلق ريتشارد فينمان رؤيته الثاقبة التي مهدت لقيام ثورة تكنولوجيا النانو، فإن كثيرا من الظواهر في عالم النانو ما زالت غير معروفة تماما أو قد يصعب تفسيرها. بيد أن هناك شيئا واحدا مؤكدا وثابتا، وهو أن جميع المواد النانوية لا تتبع في حركتها قوانين نيوتن الكلاسيكية. ففي حالة المواد كبيرة الأحجام، تعبر قيم الخواص المعينة لها عن متوسط القيم وليس عن خواص إحدى حبيباتها، ومن أجل تفهم خواص المواد النانوية لا بد من تفهم خواص كل حبيبة نانونية على حدة، وهذا بالتالي يتطلب تفهما كاملا لنظرية الكم (الكوانتم) Quantum Theory، وهي تلك النظرية التي نشأت بهدف تصحيح قوانين نيوتن الكلاسيكية وجعلها موائمة للتطبيق على مستوى المواد النانوية التي تقل أبعاد حبيباتها عن 100 نانومتر. وكلمة الكم (الكوانتم) تعبر عن مصطلح فيزيائي يعني أصغر كمية يمكن أن نحصل عليها نتيجة تقسيم أو تجزئة شيء ما، حيث يعبر الكم عن مقدار كمية الطاقة المنبعثة بشكل متقطع وليس بشكل دائم مستمر. وتعد نظرية الكم العمود الفقري للإلكترونيات والبحوث العلمية المتعلقة بأشباه الموصلات حيث لا بديل ولا غنى عنها لتفهم طبيعة وخواص أشباه الموصلات تفهما جيدا.

وفي إطار ما تقدم، يمكننا أن نتفهم المعنى المقصود من ميكانيكا الكم (الكوانتم) Quantum Mechanics ووصفه في عبارة مختصرة وكلمات بسيطة على أنه ذلك الفرع من الفيزياء الذي يعتمد في أساسياته على نظرية الكم (الكوانتم)، والذي يهتم بتعيين ودراسة خواص وسلوك المادة عند مستواها الذري، النووي، الحبيبي. وعند هذه المستويات، فإن خواص المادة مثل الطاقة، والعزم، والكتلة لا تتغير بمعدل ثابت كما هو مألوف في المواد ذات الأحجام أو الحبيبات الكبيرة. وفي الحين الذي توظف فيه قوانين نيوتن الفيزيائية للتعبير عن حركة الأجسام الكبيرة، فإن ميكانيكا الكم لها القدرة على وصف سلوك الجزيئات والذرات وصفا نموذجيا ودقيقا على مستوى النانومتر الواحد وما دونه.

مواضيع ذات صلة

Measurement of position and momentum

Probability wave amplitudes

The uncertainty principle

First principles of quantum mechanics

Watching the electrons

An experiment with electrons

An experiment with waves

An experiment with bullets

Chance and likelihood

Short distances

Quantum physics

ميكانيكا الكم: هل هي إعلان مبكر عن بزوغ تكنولوجيا النانو؟