חוקר מהאוני’ העברית הצליח ליצור מולקולות משתי נקודות קוונטיות

פרופ’ אורי בנין מהמכון לכימיה והמרכז לננו-מדע וננוטכנולוגיה הצליח לשלב לראשונה שתי נקודות קוונטיות ליצירת מולקולות מלאכותיות יציבות, וכעת הוא סבור כי הגילוי ישפיע על הטכנולוגיה בעתיד: “ניתן לדמיין את האפשרויות המרגשות ליצירת מבחר של מולקולות מלאכותיות, עם הבטחה לשימוש בהן ביישומים טכנולוגיים רבים”

בשנת 1869 החל דמיטרי מנדלייב לסווג את היסודות לפי תכונותיהם הכימיות, והמציא טבלה שלימים תיקרא “הטבלה המחזורית”. “ראיתי בחלום טבלה בה כל היסודות נפלו במקומם כנדרש. התעוררתי ומיד רשמתי את זה על דף נייר”, סיפר מנדלייב איך יצר את הטבלה המחזורית הראשונה. מאז ועד היום התגלו יסודות נוספים ובעזרתם נוצרו מולקולות חדשות, כשלמדענים ידוע כיום על כ-150 מיליון מולקולות שמורכבות מ-118 האטומים של יסודות הטבלה המחזורית. 150 שנים אחרי התגלית של מנדלייב, פרופ’ אורי בנין וצוותו מהמכון לכימיה והמרכז לננו-מדע וננוטכנולוגיה באוניברסיטה העברית יצרו מולקולות חדשות הבנויות מ”אטומים” מלאכותיים, הידועים בתור נקודות קוונטיות. ממצאי המחקר פורסמו במהדורה האחרונה של Nature Communications.

פרופ’ בנין וצוותו הצליחו לחבר לראשונה שתי נקודות קוונטיות ויצרו מולקולה חדשה. נקודות קוונטיות הינן גבישים בגודל ננומטרי, שכל אחד מהם מכיל מאות עד אלפי אטומים של מוליכים למחצה. הנקודות הקוונטיות נקראות ‘אטומים מלאכותיים’ בשל העובדה שהרבה מהתכונות שלהן מזכירות תכונות של האטומים המוכרים לנו מהטבלה המחזורית. כשמשלבים אטומים מלאכותיים אלו יחד הם יוצרים מולקולה מלאכותית חדשה עם תכונות ומאפיינים ייחודיים לה, בדומה להכנת מולקולה מאטומים.

ראוי לציין כי אין מדובר בפעם הראשונה בהיסטוריה שחוקרים ניסו לחבר בין נקודות קוונטיות. בעבר הצליחו ליצור קשר דקיק בין נקודות קוונטיות, מעין “גשר”, שלא החזיק מעמד לאורך זמן. כל מאמציהם ליצור קשר חזק יותר עלו בתוהו. פרופ’ בנין וצוותו הצליחו לחבר את שתי הנקודות הקוונטיות יחד עד לכדי יצירת גביש מאוחד, ובכך נוצר ביניהן קשר שהפך את שתי הנקודות הקוונטיות למולקולה יציבה שמראה גם תופעות צימוד שמאפיינת מולקולות רגילות.

באוניברסיטה העברית מגדירים עמיתיו של פרופ’ בנין את עבודתו המדעית “פריצת דרך של ממש”. לטענת אחד מהם, המחקר שביצע פרופ’ בנין מהווה “צעד ראשוני” כדי “ליצור מולקולה אמיתית מנקודות קוונטיות ולא משהו מאולתר, כפי שהיה ידוע עד היום. עד כה הצליחו חוקרים ברחבי העולם ליצור מעין ‘חבל’ שמחבר בין שתי נקודות קוונטיות ולא יותר מזה”. במחקרים עתידיים ישאף פרופ’ בנין ליצור מולקולות מלאכותיות מנקודות קוונטיות עם הרכבים מגוונים. כלומר, תיווצר מעין טבלה מחזורית של אטומים מלאכותיים ליצירת ננו-מולקולות חדשות.

שלא כמו האטומים הידועים בטבלה המחזורית, ניתן לשנות את תכונותיהן הפיזיות, האלקטרוניות והאופטיות של הנקודות הקוונטיות על ידי שליטה בגודלן הננומטרי. לדוגמה, נקודה קוונטית גדולה יותר תפלוט אור אדום, ואילו נקודה קטנה יותר, מאותו חומר, תפלוט אור ירוק. בהקשר לכך, פרופ’ בנין וצוותו פיתחו שיטה באמצעותה ניתן ליצור מולקולות קוונטיות מלאכותיות הנשלטות דרך תכנון של האטומים המלאכותיים שמרכיבים אותן, ובכך לכוונן את תכונות המולקולות (למשל, את צבע האור הנפלט).

במהלך עשרים השנים האחרונות, הצליחו חוקרים ברחבי העולם להשיג שליטה מיטבית בהרכב ובגודל הנקודות הקוונטיות והועמקה ההבנה של התכונות הפיזיקליות של החלקיקים הזעירים הללו. ואכן, הנקודות קוונטיות כבר הפכו לחלק אינטגרלי מחיי היומיום שלנו. למשל, ביישומים של אנרגיה סולארית ובמסכי הטלוויזיה מהדור החדש, בהם הנקודות הקוונטיות מעניקות תמונה בעלת צבעים חדים וחיים בשילוב עם חיסכון אנרגטי. “בהתחשב במבחר העשיר של נקודות קוונטיות נשלטות גודל והרכב, אנו יכולים רק לדמיין את האפשרויות המרגשות ליצירת מגוון של מולקולות מלאכותיות מאטומים מלאכותיים אלה. ישנו פוטנציאל משמעותי לשימוש בהן ביישומים טכנולוגיים רבים, כמו בטכנולוגיות אופטו-אלקטרוניות, בטכנולוגיות חישה, ובטכנולוגיות קוונטיות”, מסכם פרופ’ בנין.

למאמר המדעי