חומרים רבים מגלים תכונות פיזיקליות מפתיעות בממדים הננומטריים . ד”ר עודד הוד מבית הספר לכימיה מבצע חישובים מתקדמים ומיישם את התכונות המיוחדות הללו במגוון פיתוחים עתידניים – ביניהם ‘אף אלקטרוני’ רגיש במיוחד, התקנים סולאריים יעילים ומערכת הנחיה לכלי טיס זעיר כיתוש
“בממדים הננומטריים מגלים חומרים רבים תכונות פיזיקליות מפתיעות, שמרתקות אותי כמדען, ואף עשויות להניב מגוון יישומים חדשניים,” אומר ד”ר הוד. “במעבדה שלי אנו חוקרים מבנים בקנה מידה זעיר של אטום בודד עד עשרות או מאות אטומים, ובוחנים מגוון רחב של תכונות: תכונות מכניות, אלקטרוניות, מגנטיות ואופטיות, לצד הולכת חשמל.” במסגרת המחקר מבצעים החוקרים חישובים מדויקים ומורכבים על אודות תכונות החומרים הננומטריים, באמצעות אשכול המחשבים הגדול מסוגו באוניברסיטת תל אביב, המריץ למעלה מ-300 ליבות עיבוד בתצורת תקשורת מהירה תחת מערכת ההפעלה לינוקס.
אף אלקטרוני
באחד הפרויקטים מפתחים החוקרים גלאים כימיים אולטרה-רגישים, המבוססים על גרפן – מבנה ננומטרי של פחמן, בדמות יריעה דקה וארוכה בעובי של אטום בודד. חיישן כזה יהווה מעין ‘אף אלקטרוני’ שמסוגל לזהות אפילו מולקולה בודדת של חומר הנישא באוויר. גלאי חומר נפץ מסוג זה יוכל, למשל, לאתר מולקולה של TNT, ולהעיד על קיומה באמצעות שינויים בהולכה החשמלית של הגרפן. במסגרת המחקר מנסים החוקרים לחשב במדויק את השינויים שיתחוללו בתכונות הגרפן כתוצאה מספיחה של מולקולות זרות לסוגיהן.
ננו-יהלומים
במחקר אחר בוחן הצוות אפשרות לשלוט בתכונות החשמליות של מבנים זעירים במיוחד – ננו-צינוריות סיליקון וננו-יהלומים – באמצעות קשירה כימית של אטומים או מולקולות אל פני השטח שלהם. התקנים סולאריים שיעשו שימוש בננו-צינוריות הסיליקון יוכלו בעתיד לנצל טווח רחב בהרבה של קרינת השמש, בהשוואה לטכנולוגיות המקובלות היום. הננו-יהלומים, לעומת זאת, עשויים לשמש כסמנים ביולוגיים מדויקים ביותר, שיאפשרו הדמיה ואבחון רפואי באיכויות שאינן מוכרות לנו כיום. וחידוש מהפכני נוסף: שיטות מתקדמות שמפתחים החוקרים לחישוב ההולכה החשמלית של מולקולות בודדות, עשויות לסלול את הדרך לאלקטרוניקה מולקולארית – טכנולוגיה שבה מולקולות ספורות יחליפו רכיבים מבוססי סיליקון שאנו מכירים היום.
בעבודה נוספת, בשיתוף עם פרופ’ ארנסטו יוסלביץ’ ופרופ’ ליאור קרוניק ממכון וייצמן למדע, בוחן ד”ר הוד את התכונות המכניות של ננו-צינוריות של החומר בורון-ניטיריד, שגודלן אטומים בודדים. החוקרים מבקשים להבין כיצד משפיעים מאמצי פיתול על התכונות האלקטרוניות של הצינורית הזעירה. ממצאיהם עשויים לשמש בעתיד, בין היתר, לפיתוח ג’ירוסקופ ננומטרי למערכות הנחיה בכלי טיס זעירים כיתוש.
ד”ר עודד הוד מבית הספר לכימיה בפקולטה למדעים מדויקים עומד בראש קבוצת מחקר העוסקת במדע ננו-חומרים חישובי. קבוצת המחקר של ד”ר הוד עוסקת בחקר התכונות הפיזיקליות של חומרים בסקאלה הננומטרית, ובפיתוח שיטות חישוביות שתאפשרנה תיאור מדויק ויעיל מבחינה חישובית של התכונות המבניות והאלקטרוניות ותכונות ההולכה החשמלית של חומרים אלו. ד”ר הוד הינו חבר במרכז ליזה-מייטנר לכימיה קוונטית חישובית, חבר באקדמיה הצעירה העולמית, ומשמש כמתאם הצוות הישראלי לפרויקט הגרפן האירופי.
