חוקרים בנו משטחים משכבות אטומים שמחליקות זו על זו, וכך גורמות לאלקטרונים שבתוכן לדלג. בהמשך הם מקווים שניתן יהיה לפתח על בסיסם טכנולוגיות מידע מתקדמות
“משוואות, כגון משוואת שרדינגר (משוואת התנועה היסודית של מערכות פיזיקליות), לא מאפשרות לנו להבין לגמרי את האינטראקציות בין כל החלקיקים בחומר”, אומר ד”ר משה בן שלום מהמעבדה לפיזיקה של גבישים שכבתיים באוניברסיטת תל אביב. “מדובר במיליארדי חלקיקים, ולכן אנחנו בודקים אותן בניסויים. כך, אם נבין כיצד אלקטרונים מסתדרים בגבישים מסוימים – נוכל לפתח יישומים כגון התקנים של אגירת מידע ממוחשב ועיבודו. לפעמים האלקטרונים בוחרים צד אחד יותר מהשני, מתקטבים, ואת בחירתם אפשר להפוך ליחידת מידע שניתן להשתמש בה בתחומים כגון מחשוב, תקשורת ורפואה”.
בשני מחקרים שערכו לאחרונה, שהתפרסמו בכתב העת היוקרתי Science, הניחו ד”ר בן שלום וצוותו שתי שכבות אטומים (גבישים) זהות, זו על גבי זו (מעין משטח שמזכיר כריך), תחת מיקרוסקופ כוח אטומי – וגילו כי הן זזות ומחליקות מעט בתוך המישור, וכך האלקטרונים שבהן מדלגים משכבה אחת לשנייה, מהעליונה לתחתונה או ההפך. “זה המשטח הדק ביותר (בעובי שני אטומים) שאנו מכירים, שבו נראה קיטוב של אלקטרונים ואפשר לשלוט בכיוון קפיצתם בין השכבות”, אומר ד”ר בן שלום. “אותן קפיצות יכולות לשמש ליחידות מידע (למעלה – 1, למטה – 0, עם הטענה חשמלית או בלעדיה, בדומה לביט במחשב שיכול להיות במצב פעולה אחד בכל פעם, 1 או 0). ובקיצור, התגלית שלנו פה היא הרכבת שכבות אטומים דקות לגביש חדש, וההחלקה ביניהן אשר גורמת לאלקטרונים לדלג”.
בשלב הבא שמו החוקרים אלקטרודה מתחת למשטח ומעליו וכך גרמו לאלקטרון שמקורו באטום חיצוני לקרוא את המצב. “מכיוון שהמשטח כה דק, האלקטרון החיצוני מהאלקטרודה יכול לדלג באופן קוונטי דרך זוג השכבות המקוטבות ולקרוא אם האלקטרונים בשכבות קפצו מעלה או מטה. כלומר, הוא יכול לקרוא את יחידת המידע במהירות וביעילות. על בסיס משטח שכזה אפשר ליצור התקנים אלקטרוניים מסוג חדש, שמשמשים לאגירה ועיבוד מידע בהתבסס על מנהור קוונטי”, מוסיף ד”ר בן שלום.
במחקרם האחרון, שפורסם בכתב העת היוקרתי Nature, ואשר זכה במענק מהקרן הלאומית למדע, הרכיבו החוקרים משטח משלוש עד עשר שכבות אטומים שכל אחת מהן בעובי של אטום. הם גילו שבכל פעם שמחליקים את אחת השכבות גורמים לאלקטרונים לקפוץ ביניהן, למעלה או למטה, כל הדרך מהשכבה העליונה ועד לתחתונה מבלי לעצור בדרך (“סולם של קיטובים” – כך קראו לתופעה). “באמצעות משטחים כאלה ניתן לאכלס כמה יחידות מידע בכל אזור ולייצר התקנים מתקדמים יותר, שיכולים לאגור ולעבד מידע רב יותר. לדוגמה, אם יש לנו חמש שכבות, אפשר לאכלס בהן חמש יחידות מידע. המשטחים הללו עבים יותר מהמשטח הקודם, אך גודל השטח שלהם דומה”, אומר ד”ר בן שלום.
החוקרים הטמיעו את הנתונים שהתקבלו בניסוייהם בסימולציית מחשב שיכולה לחזות לאיזה צד ידלגו האלקטרונים במשטחים אחרים, מסוג שונה. “כעת, כאשר ברור שהסימולציה עובדת, ניתן להשתמש בה לחישוב האופן שבו אלקטרונים יפעלו בסוגי גבישים ואטומים נוספים ולבנות מערכות שבהן האלקטרונים יקפצו יותר או פחות, לפי הנדרש”, מסכם ד”ר בן שלום.
במחקר השתתפו גם ד”ר סווארופ דב, סטודנט המחקר נועם ראב, ופרופ’ משה גולדשטיין מבית הספר לפיזיקה באוניברסיטת תל אביב; וכן ד”ר וואי כאו, פרופ’ עודד הוד ופרופ’ מיכאל אורבך מבית הספר לכימיה באוניברסיטת תל אביב, ופרופ’ ליאור קרוניק ממכון ויצמן למדע.
החיים עצמם:
ד”ר משה בן שלום, 45, נשוי + שלושה ילדים (15, 12, 9), מתגורר בהוד השרון. מייסד שותף של חברת Slide-Tro לבניית התקנים אלקטרוניים מתקדמים. בזמנו הפנוי משחק בנבחרת הכדורסל של אוניברסיטת תל אביב.
עוד בנושא באתר הידען:
