ננו-אחסון של מידע

חוקרים משווייץ גילו כי מטאלו-פולרנים מסוגלים ליצור מבנים סופרא-מולקולאריים מסודרים בעלי כיווניות משתנה. באמצעות שינוי מבוקר של כיווניות זו ייתכן כי ניתן יהיה לאחסן ולשדר החוצה מידע.

ההתעניינות המדעית בשימוש במטאלו-פולרנים ("כלובי" פחמן המכילים תרכובות מתכתיות) כחומרים עבור התקני אחסון מידע ממוזערים הולכת וגדלה. חוקרים מהמעבדות הפדראליות השוויצריות לבחינת חומרים ומחקר (Swiss Federal Laboratories for Materials Testing and Research, Empa) גילו כי מטאלו-פולרנים מסוגלים ליצור מבנים סופרא-מולקולאריים מסודרים בעלי כיווניות משתנה. באמצעות שינוי מבוקר של כיווניות זו ייתכן כי ניתן יהיה לאחסן ולשדר החוצה מידע.

פחמן קיים במגוון צורות: יהלום, גרפיט, ננו-צינוריות וגם פולרנים. המבנה הכדורי של "כלובי" פולרנים אלו – הנפוץ ביותר מביניהם מכיל שישים אטומי פחמן ובעל צורה של כדורגל – יוכל לשמש גם כ"ננו-מיכלים" של תרכובות מתכתיות. לחומרים הללו, המכונים מטאלו-פולרנים, יש תכונות אלקטרוניות מיוחדות החשובות בעיקר לתעשיית טכנולוגית המידע, לשימוש אפשרי כננו-חומרים לאחסון מידע.

חוקרי המכון השוויצרי חקרו מטאלו-פולרנים והצליחו להראות כי כאשר סופחים אותם על משטחים הם יוצרים מתחמים מוגדרים בעלי סדר וארגון של פרודות בעלות כיווניות זהה. אולם, הכיווניות של התרכובות המתכתיות הפנימיות שונה. בהפעלת כוח חיצוני ניתן לגרום למעבר בין כיווני סידור שונים – כעין מתג – ובכך לייצר מנגנון בסיסי לאחסון מידע.

הפולרנים התגלו בשנות השמונים כצורה השלישית של פחמן. תוך זמן קצר, חוקרים התחילו לבדוק את הרעיון של שילוב צברים המכילים יסודות או תרכובות פרטניות לתוך המבנים של "ננו-כלובים" אלו. הסינתזה של חומרים אלו, המכונים פולרנים אנדוהדראליים, כלומר, המכילים בתוכם פנימה חומרים לכודים אחרים (הערך בוויקפדיה), פותחה בהצלחה מספר שנים מועט לאחר-מכן. חומרים אלו משכו תשומת-לב בעיקר במגזרים של חומרי-רפואה וטכנולוגיות מידע. בין שאר השימושים שלהם, חומרים אלו יכולים לשמש כאמצעיי ניגודיות ביישומים של טומוגרפית תהודה מגנטית.

הפרודות שנחקרו ע"י מדעני המכון הינן מטאלו-פולרנים אנדוהדראליים המורכבים משמונים אטומי פחמן היוצרים את הכלוב הפחמני וכן יחידת ניטריד תלת-מתכתית (שלושה אטומי מתכת הקשורים לאטום חנקן אחד). המתכת הינה דיספרוסיום (יסוד כימי מתכתי נדיר בעל מספר אטומי 66, dysprosium) השייך לקבוצת היסודות הלנתנידים. לא ניתן לקבל תצמידים מתכתיים שכאלו עם כל היסודות המתכתיים בטבלה המחזורית, אולם את מתכות הלנתנידים ניתן להחדיר לתוככי הכלוב הפחמני בהצלחה. למעשה, למתכת דיספרוסיום יש מספר מועט של שימושים אפשריים, בכללם שימושה כסגסוגת עם עופרת לשם הגנת כורים גרעיניים.

המחקר התבצע באמצעות הכנת חד-שכבה בעלת עובי מולקולארי של המטאלו-פולרן הספוח על מצע נחושת. סידור המטאלו-פולרנים שעל המצע נבחן אז ע"י מיקרוסקופיה של מנהור סורק (STM) והתאבכות פוטואלקטרונית. הניסויים הראו כי התרכובת המתכתית "חשה" את המצע ומסתדרת בהתאם.

הידיעה ממכון המחקר