מדענים לומדים להכיר דרך חדשה של שינוי חומרים ברמה האטומית
מארק פפלו , Nature
הגרפיטי האטומי של דון איגלר
כתובת ישירה לדף זה:
https://www.hayadan.org.il/stmcharge0704.html
מאז שדון איגלר (Eigler) איית את האותיות IBM בעזרת 35 אטומי קסנון בשנת 1989, חוקרים בתחום הננוטכנולוגיה ביקשו לשפר את שליטתם על אבני הבניין של החומר.
כעת הגיעה שליטה זו לרמה חדשה. במקום הזזת אטומים בודדים, מדענים מ-IBM אומרים, שביכולתם לשנות את מטענם החשמלי של אטומים על ידי שליטה על אלקטרונים בודדים.
“אנשים מזיזים אטומים מזה עשר שנים. כאן הלכנו צעד נוסף קדימה בכך שהשארנו את האטומים במקומם, אך שינינו את מצבם,” אומר קרסטן הורן (Horn), פיסיקאי במכון פריץ הבר של אגודת מקס פלנק בברלין, גרמניה.
מטענו החשמלי של אטום הוא אחד מהמאפיינים הבסיסיים ביותר שלו. הוא משפיע על דרך תגובתו לעולם ועל אופן הולכת החשמל שלו לאטומים השכנים לו.
ג'סקה רפ (Repp), פיסיקאי במעבדת המחקר של IBM ציריך בשוויץ, וצוותו נעזרו במיקרוסקופ מינהור סורק (Scanning Tunneling Microscope) כדי להוסיף אלקטרון בודד לאטומי זהב בודדים. התהליך טען כל אחד מהאטומים במטען חשמלי שלילי. מיקרוסקופ מינהור סורק, שהומצא בשנות ה-1980, מורכב מחוד, שגודלו בקצה הוא בסדר גודל אטום או כמה אטומים בודדים. כאשר המיקרוסקופ סורק שטח כלשהו, אטומים משנים את הזרם החשמלי, העובר דרך החוד.
מדענים נעזרים על פי רוב במידע הזה לבניית מפה תלת ממדית של הגבעות והעמקים האטומיים של פני השטח של פיסת חומר. המחקר של רפ, שפורסם בגיליון השבוע של כתב העת Science, מוכיח, לעומת זאת, שניתן להשתמש בחוד המיקרוסקופ להזזת אלקטרונים מאטומים על פני שטח החומר בדיוק מעולה. בנוסף יכול המיקרוסקופ לעבור פעם נוספת על אטומי הזהב ולחוש האם הם טעונים שלילית או שהם נייטרלים.
הצוות של רפ מתכנן להשתמש בטכניקה כדי לבחון תכונות חשמליות שימושיות בקרב חומרים חדשים. “בטווח הארוך, אנו מחפשים תחלופות למוליכים למחצה המקובלים,” אומר רפ. “אלקטרוניקה בסדרי גודל של אטומים נותנת לך רכיבים קטנים פי 10,000, שיוצרים הרבה פחות חום.”
הוא מוסיף שמחרוזת של אטומי זהב נייטרלים וטעונים שלילית יכולים באופן תיאורטי לאחסן מידע, בדומה לסדרות של מתגי “0” ו-“1”, היוצרים את הבסיס למחשוב בינארי. אולם רפ מודה, שמכשיר שכזה נמצא במרחק של עשרות שנים ממימוש.
יצירת הננו-אומנות של דון איגלר מ-1989 הייתה רגע מכריע במדע המתהווה של הננוטכנולוגיה. היא הוכיחה, שהפעלת מתח על חודו של מיקרוסקופ מינהור סורק יכולה להפוך את המיקרוסקופ לפינצטה אטומית.
באותה תקופה איגלר הצליח לגרום לאטומים שלו להישאר דוממים רק בטמפרטורה של –269 מעלות צלזיוס, ארבע מעלות בלבד מעל האפס המוחלט, הטמפרטורה הנמוכה ביותר האפשרית. בטמפרטורות גבוהות יותר האנרגיה התרמית של האטומים גרמה להם לעזוב את המשטח.
ואולם, הניסוי של איגלר הניח את היסודות לשינוי מולקולות בטמפרטורת החדר, תוצאה שהושגה מספר שנים מאוחר יותר. רפ ביצע את הניסויים שלו שטמפרטורה של כמינוס 269 מעלות צלזיוס, אך הוא מקווה שההתקדמות בטעינת אטומים תחמם את העניינים במהירות.
“יש כאן פוטנציאל עצום למדע. מדענים רבים יקראו את המאמר הזה וימהרו לנסות את הניסויים בעצמם,” אמר הורן.
תרגום: דיקלה אורן
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~906257481~~~57&SiteName=hayadan
