כתיבה תמה

איך אפשר לכתוב בקווים שעוביים קטן בהרבה מאורך גל האור

הפסל מיכלאנג'לו בואונרוטי (1475 – 1564) נהג לומר, כי הפסלים שלו היו קיימים מאז ומעולם בתוך גושי השיש, וכי הוא רק סילק מעליהם את חלקי האבן הלא נחוצים. הפטיש והאיזמל שבהם השתמש לסילוק החומר יכולים, בידיים הנכונות, להגיע לרמה מרשימה למדי של דיוק ועדינות, אבל כשיש צורך בסילוק כמויות חומר קטנות במיוחד, יש צורך בכלים עדינים בהרבה. כך פותחו במשך השנים כלים שונים, ובהם קרני לייזר המסוגלות לחרוץ בחומר חריצים עדינים.

אבל כשם שאיזמל אינו מסוגל לחרוץ חריץ צר יותר מעוביו, כך גם אור הלייזר מוגבל לחריץ שעוביו דומה לאורך הגל של האור עצמו, ונמדד במיקרונים בודדים או בחלקי מיקרונים (מיקרון הוא מיליונית המטר). כאשר יש צורך בחריצת חריצים צרים עוד יותר (למשל, בעיצוב מעגלים אלקטרוניים בשבבים של מוליכים למחצה), משתמשים בכלים עדינים יותר כגון אלומות אלקטרונים, היכולות לשמש לסימון ולחריצת “תעלות” בעובי קטן בהרבה ממיקרון אחד.

שיטה אחרת ל”כתיבה” בחריצים דקים במיוחד מבוססת על כליא-ברק, פטנט ידוע שהמציא בנג'מין פרנקלין לפני יותר מ-200 שנה. כאשר רוצים להגן על מבנה מפגיעת ברקים, מציבים מוט מתכת מחודד מעל המבנה, מאריקים את המוט אל האדמה, ואז, כאשר הברק פוגע במוט, המטען החשמלי זורם לאדמה ואינו פוגע בבית. כליא ברק פועל על-פי העיקרון שמוט מתכתי מחודד מרכז סביבו ביעילות רבה שדות חשמליים. יישום חדיש יותר של עיקרון זה נעשה במיקרוסקופ שדה קרוב, המאפשר למדוד בהפרדה מרחבית של ננומטרים ספורים (ננומטר הוא מיליארדית המטר). באמצעות המכשיר הזה מצליחים המדענים להתקרב למשטח עד כדי ננומטרים ספורים. הם מכוונים קרן לייזר לסביבת הקצה של המוט המחודד (והפעם החוד מחודד עד כדי ננומטרים אחדים), ובהתאם, השדה החשמלי של האור הרבה יותר מרוכז והרבה יותר חזק. כדי לעשות זאת יש להתקרב למשטח באופן מבוקר. אלא שבגלל הכוחות הפועלים בין החרט למשטח במרחקים זעירים אלה, קשה מאוד להחזיק את ה”חרט” במרחק מבוקר של ננומטר או שניים מן המשטח.

כדי להביא את קצה ה”חרט”, או ה”עט”, למרחק מינימלי מפני המשטח, פיתחו פרופ' יחיעם פריאור מהמחלקה לפיסיקה כימית ודיקן הפקולטה לכימיה במכון ויצמן למדע, וד”ר אלכסנדר מילנר מקבוצת המחקר שלו, שיטה לקירוב ה”עט” למשטח. השיטה מבוססת על הנעת ה”עט” תוך רטיטה מיקרוסקופית מתמדת. הרטיטה מונעת היצמדות בטווחים קצרים, ומאפשרת למקם את ה”עט” במרחק של ננומטר אחד בלבד מפני המשטח (כלומר, במרחק של מיליארדית המטר), ללא סכנת היצמדות.

לאחר שפיתחו את היכולת להביא את החרט למשטח, המשיכו המדענים ו”כתבו” על המשטח בשתי שיטות שונות: במשטחים העשויים חומרים בעלי נקודת התכה נמוכה יחסית, כיוונו את תנאי העבודה כך שה”עט” התחמם לטמפרטורה מבוקרת של מאות מעלות צלסיוס, על-פי הנדרש כדי להתיך את החומר ולסלקו. כאשר רצו לחרוץ בחומר שנקודת ההתכה שלו גבוהה יותר (למשל, זהב), הפיקו עוצמת אור גדולה יותר בנקודת המפגש בין האור לחומר, וניצלו את אפקט ההגברה ליד חוד ה”עט”.

בדרך זו אפשר לכתוב על המשטח בקווים שעוביים קטן בהרבה מאורך גל האור, בדיוק רב ובעוצמה המאפשרת לחרוץ גם על פני מתכות קשיחות. בשלב הבא של מחקרם ינסו המדענים לבצע מדידות ספקטרוסקופיות ולאפיין אזורים קטנים במיוחד, מתוך שאיפה לפתח אפשרויות למדוד ריכוזים נמוכים, עד כדי יכולת למדוד ולזהות נוכחות של מולקולה בודדת.

עוד בנושא: חוקרי הטכניון הצליחו להעלות את התנך על ראש סיכה