מדעני יבמ הצליחו למדוד את הכוח המדוייק הנדרש להזזת אטום בודד

שיטת המדידה הבסיסית הזאת מספקת מידע חשוב בדרך לתכנון ולייצור מכשירים ורכיבים עתידניים ברמה אטומית: שבבי מחשב, מערכות אחסון ומכשירים נוספים

מדענים של יבמ, בשיתוף עם חוקרים באוניברסיטת רגנסבורג שבגרמניה, הצליחו למדוד לראשונה את הכוח הדרוש על מנת להזיז אטום בודד על פני משטח נתון.

שיטת המדידה הבסיסית הזאת מספקת מידע חשוב בדרך לתכנון ולייצור מכשירים ורכיבים עתידניים ברמה אטומית: שבבי מחשב, מערכות אחסון ומכשירים נוספים.

לפני כעשרים שנה, רשם חוקר במעבדות אלמדן של יבמ בארה”ב, פריצת דרך מדעית היסטורית. החוקר, דון איגלר, הוכיח את האפשרות לבנות מבנים זעירים על בסיס תמרון של אטומים בודדים כל אחד למקומו. בשנת 1989 נחשפה לראשונה לציבור הרחב האפשרות לתמרן אטום הבודד, ברמת דיוק אטומית. איגלר השתמש בטכנולוגיה אותה פיתח על מנת לכתוב IBM מאטומים בודדים של החומר קסנון – באירוע שהשלכותיו הטכנולוגיות-מדעיות העתידיות הושוו לאלה של הטיסה הראשונה של האחים רייט.

יבול החידושים הנוכחי היוצא ממעבדות יבמ, בשיתוף פעולה עם חוקרים באוניברסיטת רגנסבורג, מהווה צעד חשוב בדרך למדידת הכוחות הזעירים הדרושים לביצוע מניפולציה ברמת האטום הבודד. ממצאי המחקר מתפרסמים בגיליון החדש של כתב העת המדעי Science.

הבנת הכוח הדרוש להזזת אטומים ספציפיים על גבי משטח ספציפי נתון, מהווה מפתח בדרך לתכנון ולבנייה של מבנים זעירים, שיאפשרו יישומים ננוטכנולוגיים. הבעייה מקבילה לזו שעמדה בפני מדענים ומהנדסים שביקשו ללמוד ולנתח את הכוחות והכללים בבניית מבנים גדולים יותר, כבר לפני עשרות שנים. כך, למשל, בניית גשר מודרני אינה אפשרית ללא מדידה מוקדמת של חוזקם של חומרים שונים הצפויים להשתלב בו, הבנת הכוחות הרלוונטיים שיפעלו על כל חלק של הגשר, וניתוח האינטראקציה בין החלקים האלה. בעולם הננוטכנולוגיה, הצבת המבנה המבוקש במקום מדוייק וקבוע על פני השטח דורשת אטומים הקשורים זה לזה בקשר חזק (“דבוקים”), בעוד האטומים אותם מבקשים לנייד צריכים להיות קשורים זה לזה בקשרים חלשים יותר.

תוצאות המחקר החדש של יבמ מספקות מידע בסיסי אודות מארגי חומר ברמה האטומית, ועשויות לסלול דרך לפיתוח רכיבי אחסון ורכיבי זיכרון מדורות חדשים. המאמר המדעי, הנושא את הכותרת “הכוח הדרוש להזזת אטום על פני משטח”, קובע כי הזזת אטום אחד של קובלט על גבי משטח פלטינה דורשת כוח בעוצמה של 210 פיקו-ניוטון, בעוד הזזת אותו אטום על גבי משטח נחושת דוגשת 17 פיקו-ניוטון בלבד. לצורך ההשוואה: הכוח הנדרש להזזת מטבע נחושת של סנט בודד שמשקלו 3 גרם, הוא כמעט 30 מיליארד פיקו-ניוטון.

הידע החדש אליו הגיעו מדעני יבמ יאפשר הבנה עמוקה יותר של תהליכים בקנה מידה אטומי, הצפויים לעמוד בלב הפיתוח הננו-טכנולוגי העתידי, ויישומו בתחומי המחשוב והרפואה. ההתקדמות בתחום הזה צפויה לתת מענה גם לאחד האתגרים הגדולים ביותר בעולם המחשוב – זה של המשך הכיווץ והמזעור של רכיבים, טרנזיסטורים ומעגלים, בקצב שנחזה בחוק מור – גם בשלב שבו יגיעו מימדייהם של קווי המוליך והטרנזיסטורים לקנה מידה של אטומים בודדים.

על מנת למדוד את עוצמת הכוח הדרושה לתמרון באטומים בודדים, השתמשו החוקרים במעבדות יבמ במיקרוסקופ רגיש במיוחד לכוחות אטומיים – AFM – המודד הן את עוצמת הכוח והן את כיוונו, שעה שמשתמשים בחוד מתכתי זעיר על מנת להזיז אטום בודד. הצוות גילה שונות גבוהה במיוחד, על פי סוג המשטח עליו מונח האטום הזה.