בשנים האחרונות האומנות היפנית העתיקה של קיפול וחיתוך נייר נכנסה לעולם המדע בסקאלה הננומטרית. באמצעות קיפול (אוריגמי) וחיתוך (קיריגאמי) של משטחים חוקרים מ-MIT הצליחו ליצור מבנים מזעריים המקטבים את האור שיוכלו בעתיד לשמש את תעשיית המחשוב והמכשור הרפואי
Credit: Courtesy of the researchers
חוקרים מ-MIT ומסין הראו לראשונה כיצד קיפול וחיתוך משטחים ננומטרים יכולים להשפיע על קיטוב האור – שיטה זו עשויה בעתיד לפתוח תחומי מחקר נוספים ובסופו של דבר ליצור אמצעים אופטים חדשניים לתקשורת ולמחשוב. הממצאים פורסמו לפני כשבוע (6.7.18 ) בכתב העת SCIENCE ADVANCE ופורסמו על ידי פרופ’ ניקולס אקס פאנג (Nicholas X Fang ) מ-MIT בשיתוף עם חמישה חוקרים נוספים.
בעזרת שיטה ידועה לייצור שבבים, פאנג וצוותו מיקדו אלומה של חלקיקים טעונים על משטח מתכתי כדי ליצור את תבניות ננומטריות מדויקות. השיטה גרמה למשטח לעוות ולסובב את עצמו באופן כזה שיהיה מסוגל לקטב אור מעגלית.
קיטוב היא תכונה של האור הנובעת בשל תכונותיו הגליות. כיוון ההתנדנדות של האור מאפיין את הקיטוב שלו. למשל, כדי ליצור גל על חבל יש לנדנד אותו באחד מקצוותיו – אם מנענעים את היד אופקית הקיטוב של הגל הנוצר על החבל יקרא “קיטוב אופקי” , אם נענע את החבל אנכית, קיטובו יהיה בהתאם. ניתן גם ליצור גלים מעגליים – אם נסובב את החבל עם כיוון השעון ייווצר גל מקוטב ימנית והפוך ממנו יקוטב שמאלית (נגד כיוון השעון). למעשה אפשר להראות מתמטית שקיטוב כזה הוא שילוב של קיטוב אופקי ואנכי.
הננוקיריגאמי שהחוקרים ייצרו הצליח לקטב את האור, כלומר להעביר באופן סקלטיבי אור מקוטב מעגלית – ימיני או שמאלי. כדי ליצור את המקטב הננומטרי הצוות של פאנג ייצר מאין צורות של גלגלי להבים שמאפשרים לבחור את הקיטוב הרצוי שיעבור דרך המשטח.
“אנחנו חותכים את משטח באמצעות יונים (חלקיקים טעונים) במקום מספריים. עלי די קרן ממוקדת על המשטח אנחנו יוצרים את התבנית הרצויה, בסופו של דבר מקבלים סרט מתכתי שמקופל ובולט” אמר פאנג. הוא הוסיף כי “זהו חיבור נפלא בין מכניקה ואופטיקה”. עד עתה חוקרים ניחשו מהו הקיפול הרצוי שיעניק את הקיטוב המבוקש, אך כעת בזכות היעילות של שיטה זו, הצוות הצליח ליצור תבניות מותאמות לקיטוב הרצוי בלי לנחש קיפול ננומטרי.
קיימים שימושים רבים לננוקיריגאמי – באמצעות מקטבים ננומטרים שכאלה אפשר למשל למדוד את רמת הגלוקוז. משום שמולקולת הגלוקוז בעלת כיווניות ימנית או שמאלית מוגדרת היא באה באינרטרקציה באופן שונה עם האור. אם נאיר תמיסה עם גלוקוז דרך המקטבים נוכל לראות באופן סקלטבי את מולקולות הגלוקוז הימניות או השמאליות בלבד. מקטבים ננומטרים יכולים לבחון כל מולקולה בנפרד מהי מידת הכיראליות שלה.
פאנג מוסיף שמקטבים מעגליים מאפשרים לקרני אור לחצות אחד את השני בסיבים אופטיים בלי לשבש את האות בסיב. “אנשים מחפשים אמצעים אופטיים שכאלה כדי להעביר אותות לייזר לצרכי תקשורת. כעת הראנו שאפשר גם ליצור סיבים שכאלו בסקאלה הננומטרית”.
למאמר שפורסם ב- Science Advance
עוד בנושא באתר הידען:
תגובה אחת
כל הכבוד !!