الأصل التاريخي لثورة المواد

1998 تقرير1996 عن العلم في العالم

KFAS

ثورة المواد التكنولوجيا والعلوم التطبيقية

أسفرت المفاهيم الواضحة التي قدمتها الفيزياء الكمومية في أوائل هذا القرن عن تحسين كبير في فهمنا لعلاقات الترابط بين بنية المادة وخواصها.

وفي العقود التي تلت ذلك أفاد تحليل المواد وتحضيرها وتجهيزها في دمج مفاهيم علمية أكثر عمقاً، أدى إلى دخول المواد المتطورة في ميادين إنتاجية متنوعة – الطاقة الذرية والإلكترونيات والبرامج الفضائية وغيرها. غير أن هذه المفاهيم النظرية المحسنة لم تقدم سوى مبادئ توجيهية لوضع النماذج والتنبؤ.

ولم تتيسر الاستفادة بصورة كاملة من المفاهيم الكمومية إلا منذ فترة قريبة جداً. كانتشار الأجهزة القوية الجديدة، مثل المجهر الإلكتروني للمسح النفقي scanning tunneling electron microscope منذ بداية الثمانينيات، الذي مكن العلماء من التعمق في فهم البنى الإلكترونية والذرية والجزيئية للمواد.

إضافة إلى ذلك، مكَّن التزايد الأسيِّ في قوة الحاسوب، الذي تحقق من خلال استخدام الحواسيب الفائقة العالية السرعة، العلماء من وضع نماذج رياضاتية للسلوك الفيزيائي والكيميائي والميكانيكي الشديد التعقيد لكل من المواد المنفردة المتجانسة والمواد المركبة.

ونتيجة لاستخدام الأجهزة المتقدمة المعززة بالحواسيب ووضع النماذج الرياضياتية والتقنيات التجريبية بدأ علماء المواد الآن بتقديم وصف كمي للبنى الدقيقة، ومن ثم بوصف بنية المادة أثناء تطورها في مرحلة التجهيز وعلاقة هذه البنية بالخواص الناتجة.

ويجري العمل بالفعل في الوقت الراهن، وإن يكن في مرحلة أولية، لتوسيع نطاق الوصف الكمي لسلوك المواد على مستوى التفاعل بين المجموعات الصغيرة من الذرات وبين الإلكترونات، وذلك باستخدام قوانين الميكانيك الكمومي والاستاتيكي، وإدماج النتائج في تصميم المواد.