تخيّلْ إذا أخذت حماماً فتكتشف انك تتقلص أثناء الغَسلِ عن ذي قبل حوالي 1500 مليون مرةَ! فإذا دَخلتَ غرفةَ جلوسكَ، فإن ما تَراه حولك لَنْ يكُونَ كراسي و مناضد و حاسبات و عائلتكِ لكن ذرّاتَ و جزيئات و بروتين، وخلايا. بالانكماش إلى “ مقياس النانو nanoscale” أنت لا تَرى الذرّاتَ فقط – التي كُلّ شيء يتكون مِنْها— بل أنت تَكُونُ في الحقيقة قادر على تَحريكها تقريبا! يَفترضُ الآن بأنّك بَدأتَ بلَصْق تلك الذرّاتِ سوية بطرقِ جديدةِ مثيرةِ، كاللبنة الصغيرة جداً للطبيعةِ. أنت يُمْكِنُ أَنْ تَبْني كُلّ أنواع الموادِ الرائعةِ، كُلّ شيء مِنْ الأدويةِ الجديدةِ إلى رقاقاتِ الحاسوب السريعةِ جداً. جَعْل الأشياءِ الجديدةِ على هذا النطاق الضيقِ جداً يُدْعَى تكنولوجياَ النانو وهو أحد أكثر المناطقِ المثيرةِ والمتسارعةِ في العِلْم والتقنيةِ اليوم. ما حجم النانو ؟ نحن نعيشُ على مِقياس الأمتارِ والكيلومتراتِ (آلاف الأمتارِ)، لذا هو صعبُ جداً لنا أن نتَخَيُّل العالم الذي هو من الصغر جداً لرُؤيته. من المحتمل انك نَظرتَ بتَعَجُّب للصورِ في كُتُبِ العِلْومِ لأشياءِ مثل قملِ وذرة الغبارِ المصورة بمجاهرِ إلكترونية. تَجْعلُ هذه الأجهزة العلمية القويَّةِ الصورِ التي هي مجهرية، التي تَعْني على مِقياس جزء من المليون من المتر. يَتضمّنُ المجال النانوي أشياء مُتَقلِّصة إلى مستوى جديد كُليةّ. يَعْني Nano جزء من المليار، لذا نانو متر nanometer هو واحد من مليار من المتر. بكلمة أخرى،مقياس النانو هو 1000 مرةُ أصغرُ مِنْ المِقياسِ المجهريِ و بليون (1000 مليون) مرة أصغرَ مِنْ عالمِ الأمتارِ الذي نعيش فيه. الأجسام العادية ضخمة جداً على المقياس الذي يسميه العلماءَ مقياس النانو: فشعرة إنسان فقطرها 10,000 نانو متر وقطعة ورق فسماكتها 100,000 نانو متر وامرأة بطول1.2 متر: تساوي حوالى 1200 مليون نانو متر. أما رجل بطول مترين فيساوي حوالى 2000مليون نانو متر . فهَلّ بالإمكان أَنْ تتصور كم طولك بالنانو متر؟ من علم النانو إلى تكنولوجياِ النانو هذا كُلّه مثير جداً ورائع ، لكن فيما يستعمل ؟ حياتنا لَها بَعْض المعنى على مِقياس الأمتارِ، لَكنَّ مستحيلُ التَفكير بشأن الوجودِ اليوميِ العاديِ على مِقياس 1000 مرة أصغر مِنْ عين ذبابةِ. نحن لا نَستطيعُ التَفكير بشأن المشاكلِ مثل الإيدز أوالفقر أَو الاحتباس الحراري، لأنها تفقدَ كُلّ المعنى على مقياس النانو. رغم ذلك مقياس النانو — العالم حيث الذرّات و الجزيئات (ذرّاتُ انضمت سوية) والبروتين، و خلايا تتحكم بالجسد — هو مكان حيث العِلْم والتقنيةِ تحرزان معنى جديدَ كليَّاً. بالتَكبير إلى مقياس النانو، نحن يُمْكِنُ أَنْ نَفْهمَ كَيفَ ان بعضاً مِنْ الأشياءِ المُحيّرةِ في عالمِنا تَعْملُ في الحقيقة برُؤية كَيفْ ان الذرّات والجزيئات تَجْعلانِها تحدث. أنت من المحتمل رَأيتَ برامج الخدعِ التلفزيونية المتعلقة بصورِ القمر الصناعي، حيث تَبْدأ الصور بصورة الأرضِ الخضراءِ والزرقاءِ وتكبر حقاً بسرعة، وبتكبير المِقياسِ بتّزايدِ، حتى أنك تُحدّقُ في خلفية حديقةِ شخص ما. تُدركُ ان الأرضَ خضراءُ لأنها مكونة مِنْ خليط من العشبِ الأخضرِ. باستمرار التَكبير سَتَرى البلاستيدات الخضراء في العشبِ- الكبسولات الخضراء داخل خلايا النباتَ التي تنتج الطاقةَ مِنْ ضوء الشمس. كبّرْ أكثراً سَتَرى في النهاية الجزيئاتَ مكونة مِنْ الكربونِ و الهيدروجين والأوكسجين تنُقسّمَ على حِدة ويعاد توحيدها داخل البلاستيدات. لذا مقياس النانو جيدُ لأن يَتْركُنا نَعمَلُ علم نانو nanoscience: الذي يُساعدُنا على فهم كيفية حدوث الأشياءَ بدِراسَتها في المِقياسِ الأصغرِ الممكن. عندما نَفْهمُ علم نانو ، نحن يُمْكِنُ أَنْ نَعمَلُ بَعْض تكنولوجياِ النانو: يُمْكِنُ أَنْ نَضِعَ العِلْم موضع التّطبيق للمُسَاعَدَة على حلّ مشاكلِنا. ذلك هو معنىُ كلمة “تقنيةِ” وهي كيفية ان التقنيةُ (عِلْم تطبيقي) تَختلفُ عن العِلْم النظري، التي حول دِراسَة الأشياءِ من أجل أغراضها الخاصة. ما هو الشيء المميز بمقياس النانو؟ يظهر هناك بعض الأشياءَ المثيرة جداً عند مقياس النانو. تَتصرّفُ الكثير مِنْ الموادِ بشكل مختلف جداً في عالمِ الذرّاتِ والجزيئاتِ. على سبيل المثال، النحاس المعدني شفّافُ على مقياس النانو بينما الذهب- الذي هو غير نشط عادة- يُصبحُ نشيطَاً جداً كيميائياً. الكربون، الذي هو ناعمُ جداً في حَدوَثه عادة بشكلِ (جرافايت)، يُصبحُ صلبَاً جداً متى حُشر بإحكام بترتيب في مجال النانو سمي أنبوب نانو nanotube. بكلمة أخرى، مواد يُمكنُ أَنْ تَأخُذَ صفات فيزيائيةَ مختلفةَ بمقياس النانو بالرغم من أنَّها لا تزال نفسً المواد! بمقياس النانو من الأسهلُ للذرّاتِ والجزيئاتِ ان تتَحَرُّك بالقرب وبين بعضها البعض، لذا الخواص الكيمياوية للموادِ يُمْكِنُ أيضاً أَنْ تكون مختلفة. الجزيئات النانوية لها مساحة سطحيّةُ أكثر بكثيرُ معرضة إلى جزيئات نانوية أخرى، لذا هي جيدة جداً كمحفّزات catalysts (المواد التي تُسرّعُ التفاعلات الكيميائية). أحد الأسباب لهذه الاختلافات هو تلك العواملِ المختلفةِ تُصبحُ مهمة بمقياس النانو. في عالمِنا اليوميِ، الجاذبية هي القوةُ الأكثر أهميةً التي نُصادفها: إنها تُسيطرُ على كُلّ شيءِ حولنا، مِنْ طريقِة تدلي شَعرِنا المتواجد في رؤوسِنا إلى أسلوب ان الأرضِ لها فصولُ مختلفةُ في أوقاتِ مختلفةِ مِنْ السَنَةِ. لكن بمقياس النانو ،الجاذبية أقل أهمية بكثيرُ مِنْ القوىِ الكهرومغناطيسيةِ بين الذرّاتِ والجزيئاتِ. عوامل مثل الاهتزازات الحراريةِ (طريقة تَخْزنُ الذرّاتَ وجزيئاتَ الحرارةً بالهَزْهَزَة تقريبا) تُصبحُ أيضاً هامّةَ جداً. باختصار، لعبة العِلْمِ لَها قواعدُ مختلفةُ عندما تَلْعبُها بمقياس النانو. كَيفَ تَعْملُ بمقياس النانو ؟ أصابعكَ بطول ملايينَ النانومترات ، لذا هي غير جيّدة لمُحَاوَلَة التقاط الذرّاتِ والجزيئاتِ وتحريكها بأيديكَ العاريةِ. تلك سَتَكُونُ مثل المُحَاوَلَة لأَكْل عشائِكَ بشوكة طولها 300 كيلومتر (186 ميلاً)! بشكل مدهش، طوّرَ علماءَ مجاهرَ الكترونية التي تَسْمحُ لنا ب«رُؤية» الأشياءِ بمقياس النانو والتعامل معهاm أيضاً. هي تسمى مجاهرَ القوةِ الذرّيةِ (AFMs)، و مجاهرَ التحقيقِ المسحي (SPMs)، ومجاهرَ النفقي المسحي (STMs). إنّ الفكرةَ الأساسيةَ للمجهرِ الإلكتروني هي استعمالَ حزمة الإلكترونات لرُؤية الأشياءِ التي من الصغرً رُؤيتها باستعمال شعاع الضوءِ. أي مجهر في مجال النانو يَستعملُ الالكترونات و تأثيراتَ ميكانيكا الكم لرُؤية الأشياءِ حتى الأصغر منها.ولَهُ أيضاً جس صغير جداً يمكن أن يُستَعملَ لتَحريك الذرّاتِ والجزيئاتِ بالقرب منها وتُرتّبهاِ مثل لبنة بناء صغيرة جداً. في 1989، باحث في شركة IBM هو دون ايجرDon Eigler أستعمل مجهراً مثل هذا لفصل كلمةِIBM بالذرّاتِ الفرديةِ إلى مواضعِها. استعمل العلماءُ الآخرونُ تقنياتُ مماثلةُ لرَسْم صورِ قيثاراتِ و كُتُب في مجال النانو وكُلّ أنواع الأشياءِ الأخرى. هذه تجارب طائشةَ في الغالب، صمّمتَ لإبْهار الناسِ بمقدرة النانو، لَكنَّها لها تطبيقاتُ عمليةُ مهمةُ أيضاً. هناك الكثير مِنْ الطرقِ الأخرى للعَمَل بتكنولوجياِ النانو، يتضمن ذلك ترسب حزمة جزيئية في البلورات molecular beam epitaxy ، الذي هي وسيلة لنَمُو بلوراتِ وحيدةِ واحد مِنْ طبقةِ الذرّاتِ في كل مرة على حدة ... وللحديث بقية.
