מדענים "כותבים" עם אטומים באמצעות מיקרוסקופ כוח אטומי

צוות מדענים בינלאומי, בכללם חוקרים מהמחלקה לפיסיקה תיאורטית של מצב המוצק באוניברסיטת מדריד, גילה שיטה חדשה לשליטה באטומים.

הנסיון הקודם - ציור באמצעות אטומים - יבמ
הנסיון הקודם - ציור באמצעות אטומים - יבמ

ננוטכנולוגיה מנצלת את תכונות החומר בקנה-המידה הננומטרי שלו. הגבול הסופי למזעור זה הינו הפיתוח של התקנים המורכבים ממבנים אטומיים שהוכנו באופן מלאכותי בכדי לבצע מטרה מסוימת, שנקבעה מראש.

הכלים המאפשרים צפייה ושליטה באטומים מכונים מיקרוסקופיות קירבה (proximity). הם כוללים בתוכם מיקרוסקופ מנהור סורק ((STM, שפותח בשנת 1986 ומיקרוסקופ כוח אטומי (AFM).

במחקר, שפורסם בכתב-העת Science, צוות בינלאומי של מדענים הציג שיטה חדשה לשליטה על אטומים המבוססת על AFM והמאפשרת בנייה של מבנים אטומיים יציבים בטמפרטורת החדר.

שלא כמו בשיטות שליטה אטומיות קודמות, אשר כללו דחיפה או משיכה של אטומים מפני השטח של חומר באמצעות החוד של המיקרוסקופ ודרשו טמפרטורות נמוכות ביותר, השיטה החדשה מבוססת על חילוף מבוקר של אטום מהחוד באטום מהמשטח כאשר שניהם קרובים מספיק. ע"י השימוש באטומים שמקורם בחוד (ואשר שונים כימית מאלו שעל המשטח) בכעין "דיו" ניתן "לכתוב" או "לשרטט" באמצעות המיקרוסקופ. ניתן לחזור על תהליך חילוף זה בנקודות שונות ע"ג המשטח ליצירת מבנים מורכבים ביעילות מרובה. במקרה הנ"ל, החוקרים "שירטטו" את הסימול הכימי של סיליקון, "Si" (שהינו היסוד הכימי המתפקד כ"דיו") על משטח מכוסה באטומי בדיל.

הודות להדמיות מתמטיות המבוססות על מכניקה קוונטית והדורשות שימוש במחשבי-על ניתן היה גם להסביר את המנגנון האטומי הבסיסי בליבו של תהליך זה ולקבוע מהם התנאים המתאימים ביותר עבורו.

תהליך חדיש זה מפחית באופן דרמטי את הזמן הנדרש לבניית מבנים אטומיים מורכבים. ניתן להשתמש בשיטה זו אפילו בטמפרטורת החדר והוכח כי ניתן להשתמש בה עם מגוון משטחים של מוליכים-למחצה. אשר על-כן, שיטה זו מצמיחה נקודות מבט חדשות בתחומים כגון מדעי-החומרים, ננוטכנולוגיה, אלקטרוניקה מולקולארית וספינטרוניקה (Spintronics). בייחוד נכון הדבר עבור שילוב היכולת של מיקרוסקופ ה- AFM לשלוט באטומים בודדים שעל-גביי משטחים עם האפשרות לזהות את היסוד הכימי המסוים. שילוב שכזה הודגם ע"י אותו הצוות במאמר שפורסם בכתב-העת המדעי Nature בשנה שעברה, והוא יוכל לאפשר ייצור של ננו-מבנים בעלי תכונות ותפקודים ייחודיים אשר ישפרו את יעילות פעילותם של התקנים אלקטרוניים.

לדוגמא, הצבת יסודות מזהמים ייחודיים בנקודות הטובות ביותר ע"ג משטחים של מוליך-למחצה להגברת היעילות של טרנזיסטורים ננומטריים או אטומים מגנטיים, יאפשרו פיתוח התקנים המבוססים על בקרת הספין של אלקטרון. שיטות אלו יוכלו לסייע גם בפיתוח של רכיבי-בסיס של מחשב קוונטי עתידי.

הידיעה מכתב-העת Science

באותו הנושא:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

6 תגובות

  1. יש להפנות את כל המשאבים לננו טכנולוגיה,מדע העתיד ,שיכול לתת מענה רב תחומי,בנושאים רבים ומגוונים,
    יש בארץ מדענים עם מוחות מבריקים,שיכולים לקדם את מדע זה,והשמים הם הגבול…

  2. אוקי.ולאן זה יכול להוביל אותנו? איך היכולת החדשה הזו תנוצל לטובת בני האדם?
    אני לא סקפטי/ ציני, אני פשוט לא יודע אז אשמח להסבר בשפת בני אדם

  3. AFM הוא מכשיר מיוחד וטוב. קראנו השבוע כמה כתבות שעושות בו שימוש בשילובים שונים, כמו למשל עם MRI. יש לי אחד כזה ליד המשרד 🙂 הוא קטן ממכונית.

    בברכת חברים,
    עמי בכר

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן