التحق بالجامعة
الانتقال إلى الجامعة
انضم إلينا
وظائف أعضاء هيئة التدريس
رؤيتنا
المجلة العلمية
البروفيسور عمر محمد والبروفيسور يو هان يختبران عينات في مختبر البروفيسور محمد. (الصورة من: كاوست)
تهتم المجموعة البحثية للدكتور عمر محمد ، الأستاذ المشارك في علوم وهندسة المواد، بفهم ديناميات حوامل الشحنة في الأسطح والحدود البينية للمواد الحساسة للضوء، التي تستخدم عادة في الأدوات الإلكترونية الضوئية و الخلايا الشمسية.
ويشرح محمد قائلاً: "تدرس مجموعتنا كيفية تأثير الضوء وتشكيل الأسطح على ديناميات حوامل الشحنة فائقة السرعة عند الحدود البينية، التي تفصل بين المواد الماصة والطبقات الناقلة للحوامل. كما نبحث في البارامترات الرئيسية لتصميم المواد، التي تتحكم بعملية نقل الشحنة وأداء وكفاءة الأجهزة الإلكترونية الضوئية و الخلايا الشمسية في نهاية المطاف".
واقترح الدكتور عمر، بالتعاون مع الدكتور عثمان بكر، منهجيات جديدة لتعديل سطح الطبقة الماصة في الخلايا الشمسية (solar cells' absorber layer). الأمر الذي يتيح، إلى جانب التوصيفات المتطورة الحديثة لحوامل الشحنة لتعزيز نقل واستخلاص الإلكترونات، تصنيع خلايا شمسية تحقق رقماً قياسياً وتقوم على بيروفسكايت وحيد البلورة (perovskite single crystals).
طور محمد أول جيل من التصوير رباعي الأبعاد في نظام المسح في معهد كاليفورنيا للتقنية (كالتيك) مع مرشده البروفيسورأحمد زويل –الحائز علي جائزة نوبل في الكيمياء. وأكمل محمد ومجموعته البحثية عملهم، وأنشأوا الجيل الثاني في كاوست. وطورت مجموعته في الأونة الأخيرة، منهجية تصوير رباعي الأبعاد منخفضة التوتر الكهربائي ذات حساسية غير مسبوقة بالنسبة للسطح. ويفتح هذا الإنجاز الآفاق أمام مجموعة واسعة من التطبيقات، منها التحفيز الضوئي والخلايا الشمسية، التي سيجري تصويرها بالمقاييس الأصغر في الحيز والزمن الحقيقي على التوازي.
تعكس هذه المشاريع الابتكارية مكانة كاوست كمركز ابتكار لتطوير تقنيات التصوير الإلكترونية، لا مجرد مستهلك للمعدات المتطورة.
بالنسبة للتوجه المستقبلي للأبحاث الشمسية، يقول الدكتور عمر إن فريقه يعمل على وضع توجهات جديدة للمواد التركيبية لأشباه الموصلات، لاستخدامها في كشف الأشعة فوق البنفسجية، وتطبيقات مكافحة التزييف والتصوير الوميضي بالأشعة السينية. ولذلك آثار كبيرة على الجانب العلمي والعملي تتراوح بين التصوير الإشعاعي الطبي و التصوير الأمني.
الدكتورة نيفين خشاب متخصصة في الكيمياء العضوية والكيمياء مافوق الجزيئية. تركز مجموعتها على تصميم وتركيب المواد الذكية، التي تحاكي التصاميم الطبيعية.
يتمثل أحد التوجهات الرئيسية لأبحاث خشاب في إنشاء مركبات توصيل فعالة، أو كبسولات، لتحميل البروتينات والمواد الوراثية (المواد البيولوجية)، وإيصالها بأمان إلى الجسم.
وتقول خشاب: "نحن بحاجة إلى الاستفادة من تقنيات التوصيل المبتكرة بدلاً من صنع عقاقير جديدة".
الدكتورة نيفين خشاب، أستاذة علوم الكيمياء. (الصورة من: كاوست)
فيما يتعلق بالاتجاهات البحثية المستقبلية، تقول خشاب:"سنواصل التركيز على تحرير الجينات والعلاج المناعي بالتعاون مع زملائنا في علم البيانات، لأن هذا هو مستقبل الطب الشخصي أو الدقيق (Personalized / Percision Medicine)".
وبفضل أعمالها، حازت خشاب على جائزة L’Oréal-UNESCO للمرأة في العلوم في مجال العلوم الفيزيائية في العام 2017، بالإضافة إلى جوائز مرموقة أخرى خلال حياتها المهنية.
البروفيسور عثمان بكر مواطن سعودي، تخرّج من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة هارفارد، وهو أستاذ علوم وهندسة المواد في كاوست. يبحث مختبره في المواد النانوية الوظيفية. وويقول بكر: "نعمل في مجال المواد الهجينة العضوية واللاعضوية، ونسعى إلى تصميمها على نحو يتيح الاستفادة منها في تطبيقات الطاقة المتجددة كالخلايا الشمسية والإلكترونيات الضوئية، ومنها الصمامات الثنائية الباعثة للضوء والكواشف الضوئية، وأي تطبيق ينطوي على تفاعل مثير للاهتمام بين المادة والضوء".
تتمثل المساهمة الأهم لعمل الدكتور عثمان خلال السنوات الثمانية الماضية في البيروفسكايت الهاليدي المعدني (metal halide perovskites)، وهي مادة مؤلفة من مكونات عضوية ولاعضوية. ويقول بكر: "تبيّن في الأونة الأخيرة، أن هذه المركبات ممتازة للخلايا الشمسية والمستشعرات الضوئية والصمامات الثنائية الباعثة للضوء. وما يميزها، أنها أشباه موصلات ممتازة يمكن أيضاً معالجتها عند درجات حرارة منخفضة".
تحتاج أشباه الموصلات عادة إلى تنقية عند درجات حرارة مرتفعة في شروط صارمة جداً و تكلفة عالية ـ ويقول بكر:"الوضع مختلف في البيروفسكايت، التي يمكننا صناعتها في مختبر كيميائي عادي. ويتيح لنا ذلك أجهزة ممتازة تسهم بالتالي في أدوات استشعار أو خلايا شمسية غير مكلفة، مما يفتح لنا آفاق تطبيقات كثيرة. لقد أسهم مختبري في ميدان الأبحاث هذا، وخاصة في مجالات البيروفسكايت أحادية البلورة وذات البلورات النانوية".
يتطلع بكر في المستقبل إلى استخدام البيروفسكايت لتطوير تطبيقات تتصدى للتحديات في قطاعات إلكترونيات المستهلك والطاقة الخضراء".
ويرى الدكتور عثمان الدعم الذي يقدمه صندوق تمويل الابتكار في كاوست حاسماً في هذا الصدد. ويقول: لقد قدم هذا الصندوق دعماً تمويلياً للتوظيف التجاري لبعض الأفكار والتقنيات التي ابتكرها مختبرنا".
يركز البروفيسور يو هان، أستاذ علوم الكيمياء، بصورة رئيسية على المواد ذات المسام والبنية النانوية، التي تستخدم في تطبيقات متصلة بالطاقة والبيئة كامتصاص الغاز وفصله، واحتجاز المياه والحفز الكيميائي.
وتميّز هان بابتكار تقنية تصوير قائمة على الفحص المجهري الإلكتروني النافذ والمنخفض الجرعة الكترونية.
ويشرح هان أهمية عمله، قائلاً: "يوفر الفحص المجهري الإلكتروني النافذ العادي دقة عالية جداً، ولكن قدراته محدودة. فمثلاً، تفقد مواد كثيرة عالية الحساسية للحزمة الإلكترونية استقرارها، وتنهار بنيتها عند استخدام هذه الحزمة في التصوير".
وحلّت تقنية الفحص المجهري الإلكتروني النافذ والمنخفض الجرعة، التي ابتكرها هان، هذه المشكلة عن طريق الجمع بين استخدام الكشف المباشر، وكاميرا لعدّ الإلكترونات وتطوير سلسلة من طرائق التقاط الصور ومعالجتها. وأضاف هان: "تتيح هذه الطريقة تصوير مواد أكثر، وبالتالي توسيع مجالات استخدام الفحص المجهري الإلكتروني النافذ منخفض الجرعة".
نجح هان وفريقه، منذ العام 2016، في التقاط الصور الأولى لهذه المواد الحساسة. واستفاد من هذا العمل علماء يعملون في مجال المواد المسامية والمواد الحساسة الأخرى.
"سخرنا هذه التقنية خلال العامين الماضين في اكتشاف هياكل جديدة كان اكتشافها متعذراً قبل الحصول على الأدوات المناسبة".
واصل هان إدخال أبحاثه في مجالات جديدة. ويقول: "لسوء الحظ، المواد الحساسة ضعيفة تجاه الحزمة الإلكترونية والقوى الأخرى أيضاً، مما يزيد من صعوبة تحضير عينات الفحص المجهري الإلكتروني النافذ الخاصة بها. لقد طورنا حالياً طريقة فعالة لتذليل هذا التحدي الكبير، ونأمل بأن نتمكن من الكشف عن تفاصيل أوفى عن هذه الطريقة في المستقبل القريب".
وكنصيحة للطلبة والباحثين الشباب الآخرين، قال هان الذي تخرج من جامعة جيلين في الصين: "يُعدّ التحلي بروح الابتكار، العامل الأهم في النجاح في ميدان الأبحاث. ابتعدوا عن الأعمال الروتينية أو الأبحاث التدريجية التي لن تمنحكم التميّز، اقضوا وقتكم بفعالية أكبر على أفكار مبتكرة".
