תארו לעצמכם מתקנים חדשניים בעלי תכונות אופטיות מדהימות ומפתיעות שלא קיימות בטבע – שהוכנו פשוט ע”י אידוי טיפות חלקיקים מעל-גבי משטח
החוקרים מצאו דרך להשתמש בננו-שכבות משופעלות-אור כאבני בניין למערכות דו- ותלת-מימדיות שיוכלו לשמש עבור פיתוח חיישנים כימיים, ננו-לייזרים וחומרים קולטי-אור חדשניים. בדומה לצורה שבה ילד משתמש באבני-לגו לבניית מערכות תלת-מימדיות מורכבות, המדענים משתמשים בשיטת ההתארגנות-העצמית הכימית החדשנית הזו להכנת מבנים מורכבים המסוגלים ללכוד, לאחסן ולפזר אור. ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי Science.
“השתמשנו בשיטה בכדי להכין מבנה המורכב משבע ננו-שכבות אשר מניב סוג מסוים של תבנית פיזור המכונה “פאנו רזוננס” (Fano resonance),” מסביר אחד מכותבי המאמר, Peter Nordlander, פרופסור לפיסיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת רייס. “תהודות אלו נובעות מהשפעות הפרעה מיוחדות של גלי-אור, והן מתרחשות רק בחומרים מעשה ידי-אדם. מאחר וחומרים אלו מתארגנים עצמאית, קל להכינם, כך שהם יוכלו להוביל ליישומים מסחריים חשובים.”
בשל אופיין הייחודי של תהודות פאנו, החומרים החדשים מסוגלים ללכוד אור, לאחסן אנרגיה ולפזר קרינה בדרכים יוצאות-דופן שלא קיימות בחומרים טבעיים. החוקרים מציינים כי החומרים החדשים מתאימים באופן אידיאלי להכנת חיישנים כימיים וביולוגיים רגישים במיוחד. כמו-כן, הם עשויים להיות שימושיים בננו-לייזרים ולשמש כרכיבים במעגלים פוטוניים מודפסים שבהם מועבר אור במקום חשמל.
החוקר Nordlander, חוקר התיאוריה המוביל בעולם לגביי פלסמוניקה (plasmonics) מבוססת ננו-חלקיקים, חזה עוד בשנת 2008 כי ננו-מבנה של שבע שכבות יניב תהודות פאנו. המאמר שצפה את הממצא הזה הוא שדרבן את אחד מהשותפים האחרים למחקר לנסות ולהכין את המבנה, מסביר החוקר Nordlander.
שיטת ההתארגנות-העצמית החדשנית שפותחה שימשה גם להכנת ננו-מבנים מגנטיים המכילים שלוש שכבות. התכונות האופטיות של חומרים אלו מתוארות במאמר שפורסם בכתב-העת Science, שם דווח גם כיצד השיטה תוכל להוביל ליצירת מבנים תלת-מימדיים הרבה יותר מורכבים.
ננו-שכבות, אבני-הבניין ששימשו במחקר החדש, קטנות פי עשרים מכדוריות דם אדומות. בצורתן הן דומות לכדורי-שוקולד, אולם הן מצופות בזהב במקום בשוקולד והליבה שלהן הינה כדורית זכוכית. ע”י שינוי גודל ליבת הזכוכית ועובי מעטפת הזהב, החוקרים יצרו ננו-מבנים המגיבים עם אורכי-גל ייחודיים של קרינה.
“ננו-שכבות מהוות כבר עכשיו את אחד מסוגי ננו-החלקיקים הפלסמוניים הרב-תכליתיים ביותר, ושיטת התארגנות-עצמית חדשנית זו להכנת מבנים דו- ותלת-מימדיים מורכבים פשוט מתווספת לכך,” מסביר החוקר.
