ננו ישראל: חוקרים בטכניון פיתחו שיטה חדשה לדחיסת גלי אור, שתשפר את הרזולוציה של מיקרוסקופים קיימים ושל הדפסת יישומים אלקטרוניים

הפלטפורמה, המורכבת מצורן (סיליקון), צורן דו חמצני ומתכת, תוכל לשפר את כושר ההפרדה של מיקרוסקופים ותאפשר דימות הן של תהליכים תוך-תאיים והן של טרנזיסטור בודד תוך כדי הייצור. “מיקוד אור למימדים כאלו כבר הושג בעבר באור נראה, אבל רק בסיוע תבניות מורכבות כמו ננו-אנטנות

חוקרים בטכניון פיתחו טכנולוגיה לדחיסת גלי אור באופן המאפשר למקד את האור לאלומה בממדים ננו-מטריים. דימות רפואי וביולוגי, ננו-ליתוגרפיה (הדפסת רכיבים אלקטרוניים זעירים) ויישומים של “מעבדה על שבב” – אלה כמה מהתחומים היישומיים שפיתוחם תלוי במיקוד מדויק של אור. הבעיה היא שמיקוד האור לנקודות זעירות, שגודלן עשרות ננומטרים, מוגבל ע”י “גבול הדיפרקציה” – מונח שטבע הפיזיקאי הגרמני ארנסט קרל אַבֶּה. אבה גילה כי מיקוד האור (באלומת אור) והרזולוציה של מיקרוסקופ מוגבלים למחצית מאורך הגל של האור.

מהגדרת “גבול הדיפרקציה” עולה כי ככל שנקטין את אורך הגל, הרזולוציה שנקבל תהיה גבוהה יותר. כעת, קבוצת חוקרים בראשות פרופ’ גיא ברטל מהפקולטה להנדסת חשמל בטכניון פיתחה פלטפורמה חדשה ה”דוחסת את הגל” ומקצרת אותו לרבע מאורכו וזאת מבלי לשנות את התדר שלו (ה”צבע”). במילים אחרות, פרופ’ ברטל ועמיתיו הצליחו “לדחוף” את גבול הדיפרקציה (העקיפה) באמצעות קיצור הגל.

הפלטפורמה, המורכבת מצורן (סיליקון), צורן דו חמצני ומתכת, תוכל לשפר את כושר ההפרדה של מיקרוסקופים ותאפשר דימות הן של תהליכים תוך-תאיים והן של טרנזיסטור בודד תוך כדי הייצור. “מיקוד אור למימדים כאלו כבר הושג בעבר באור נראה, אבל רק בסיוע תבניות מורכבות כמו ננו-אנטנות,” מסביר פרופ’ ברטל. “כעת, עם הפלטפורמה שלנו, אפשר יהיה לקדם יישומים בדימות רפואי ובייצור רכיבים אלקטרוניים.”

“באמצעות רזולוציה התואמת לצרכים הטכנולוגיים החדשים, ותוך שימור של הפשטות והגמישות של מערכות מוגבלות-דיפרקציה, אנו סוללים דרך לפיתוח כלִי מיקרוסקופיה פשוט וקל-לייצור המתאים לצורכי תעשיית המוליכים-למחצה,” הסביר ד”ר ברגין ג’יונאי, חוקר בכיר במעבדה של פרופ’ ברטל אשר פיתח שיטה לבקרה דינמית של מיקום אלומת האור הננו-מטרית.

אחת מפריצות הדרך בתחום של סופר-רזולוציה זיכתה את מפתחיה בפרס נובל בכימיה לשנת 2014. הפרופסורים אריק בטזיג, וויליאם מורנר וסטפן הל פיתחו את ה’ננוסקופיה’ – מיקרוסקופיה פלואורוסנטית בעלת רזולוציה גבוהה. צעד זה הוביל את המיקרוסקופ האופטי לעידן הננומטרי ומאפשר כיום לראות פעילויות ביולוגיות ברמת המולקולה, וזאת באמצעות ‘עקיפה’ של גבול הדיפרקציה. “הבעיה היא שהמכשירים הנוכחיים שמממשים את אותה פריצת דרך תיאורטית עדיין מגושמים, איטיים, יקרים וזוללי אנרגיה,” אומר פרופ’ ברטל. “המטרה שלי היא לקדם את מימוש התגליות ההן במכשירים יעילים יותר. המאמר הנוכחי מציג איפיון של המערכת, והשלב הבא הוא הוכחת ההיתכנות.”

פרופ’ ברטל עוסק בננו-אופטיקה ובודק כיצד אור וגלים מתקדמים במבנים שגודלם קטן מאורך הגל. לכך נדרש סוג חדש של חומרים, שהונדסו באופן מלאכותי והם משלבים בתוכם מתכות ומבודדים. הוא חוקר תופעות גלים מיוחדות ואת יישומיהן בחומרים כאלה, המאפשרים להוליך ולתמרן גלים באופן שאינו אפשרי בחומרים טבעיים. תחום זה – פלסמוניקה (Plasmonics) וחמרים מלאכותיים (Metamaterials) – מציג גישה חדשנית לניתוב גלים במימדים הקטנים מאורך הגל, תוך התגברות על גבול העקיפה (דיפרקציה). המחקר הוא ניסיוני ותיאורטי, וכולל מתקני מיקרו-אלקטרוניקה וננו-אלקטרוניקה להכנת דגמים (פבריקציה), לייזר פולסי ומיקרוסקופ שדה-קרוב לצרכי אפיון, תיאוריה וסימולציה.

המחקר מומן בחלקו על ידי חברת KLA-Tencor והקרן הלאומית למדע (ISF) ויוצג בכנס ננו-ישראל 2016, שייערך השבוע באוניברסיטת תל אביב.

למחקר המלא

פרופ’ גיא ברטל. צילום : דוברות הטכניון