יעל פטר
פירמידות ננומטריות. צילום: המכון הטכנולוגי של לוזאן, שווייץ.
חקר התכונות והדינמיקה של חומרים בקנה מידת הננו בעייתי. הטכניקות הנוכחיות יכולות להעביר מידע בדיוק מירבי לגבי הרזולוציה המרחבית או רזולוציית הזמן, אך לא לגבי שתיהן. כך לפחות היה עד עתה.
מכונה חדשה שפותחה במכון הפוליטכני הפדרלי של לוזאן (Ecole- EPFL Polytechnique Federale de Lausanne), שולחת את שני סוגי הנתונים, זמן ורזולוציה מרחבית, באופן כה מדויק, עד כי המדענים מסוגלים לעקוב אחר מסלול האלקטרון בתוך מבניי ננו. על פי מייסד המכונה, פרופסור בנווא דיוואוד-פלדרן, הדיוק שלה מגיע לשיעור זמן של 10 פיקו-שניות, ורזולוציה מרחבית של 50 ננו-מטרים. מידע העשוי לחשוף את צורת ההיערכות וההתנהגות של אלקטרונים בתוך ננו-אובייקט יחיד, כך פרסם דיוואוד-פלדרן בכתב העת Nature””.
המתקן החדש אינו מפואר במיוחד, והוא אינו נראה יקר, למרות שנלקחו ארבע שנים על מנת להשלימו, ועלות היצור שלו עמדה על יותר ממיליון פרנקים שוויצרים. בכדי לבנותו, החליפו מדעני ה- EPFL את פילמנט אקדח האלקטרונים הסטנדרטי המחובר למיקרוסקופ אלקטרוני רגיל, בקתודת זהב פוטואלקטרית בעובי 20 ננומטר. הזהב מואר באמצעות לייזר אולטרא- סגולי, המפעיל אלומות אלקטרונים שנשלחות בפולסים של 80 מיליון פעמים בשניה. כל פולס מכיל פחות מ- 10 אלקטרונים. שעה שהאלקטרונים מעוררים את המושא, הם גורמים לו לפלוט אור. המידע הספקטרוסקופי אז, נאסף ומעובד על מנת ליצור מורפולוגית שטח, ולאתר את מסלול תזוזת האלקטרונים.
החוקרים בחנו את המתקן על מבניי פירמידות קוונטיים בגובה 2 מיקרונים (הנראים בתמונה). כאשר אלומת האלקטרונים פוגעת בפירמידה, האלקטרונים מופצים לעבר מבנה הננו הסמוך. הדיות ממשיך עד לנקודת האנרגיה הנמוכה ביותר- הנקודה הקוונטית במראשות הפירמידה.
מלבד הצצה בדינאמיקה של סקאלות הננו, אביזר הפלא החדש יאפשר למדענים לחקור את מאפייני החומרים המוליכים למחצה, הקשים לפענוח. “הטווח הרחב של אנרגית האלקטרונים באלומה, יכול לעורר חומרים אשר אינם פולטים אור בתהליך המשתמש בטכניקות לייזר”, מסביר דיוואוד-פלדרן. “שימוש בלייזר, אינו מפיק אורך-גל הקצר דיו בכדי לעורר יהלום או סיליקון, לדוגמא. מתקן זה מסוגל.”
“כל עוד הדבר נוגע לעולם הננו, אנו עדיין לא מבינים את הדינאמיקה של החומרים בקנה מידת הננו. איני יכול לחזות במדויק לאילו מסקנות מתקן זה יוביל, מפני שהעניין תלוי באלו שיתפעלו אותו ובממצאים שיתגלו. אך ללא צל של ספק, הוא יעזור לנו להתפתח, והיישומים הפוטנציאלים שלו מרגשים,” מסכם דיוואוד-פלדרן.
להודעה (מתורגמת לאנגלית) של המכון הטכנולוגי של לוזאן
ידען ננו טכנולוגיה
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~338972969~~~215&SiteName=hayadan
