סאיינס: שני חוקרים מהטכניון הוכיחו קיומו של מצב צבירה חדש בטבע

החוקרים מצאו כי במגע שבין מוצק לנוזל יש סדר בתוך הנוזל

חוקרים מהפקולטה להנדסת חומרים ומכון ברי למחקר בננו-טכנולוגיה בטכניון בשיתוף פעולה עם חוקרים ממכון “מקס פלנק” בשטוטגרט, גרמניה, הוכיחו את קיומו של מצב חדש בטבע. כך מגלה העיתון המדעי רב היוקרה “סאיינס”. הדוקטורנט ירון קאופמן, בהנחיית פרופסור וויין קפלן, מצא כי במגע שבין מוצק לנוזל, ישנה שכבת ביניים שבה מתקיים סדר בתוך הנוזל. בכך הוכיחו השערה שהייתה קיימת עשרות שנים, אך עד כה לא הוכחה ישירות.
החוקרים מצאו כי בצמוד לגביש (אבן הספיר), הנוזל (במקרה זה אלומיניום נוזלי) – אינו מתנהג כנוזל יותר והסמיכות לגביש גורמת לאטומים בנוזל להסתדר. “גביש מוגדר כחומר שבתוכו האטומים מסודרים במרחב בצורה מחזורית ולטווח ארוך, והנוזל – כחומר שבו האטומים אינם מסודרים לטווח ארוך”, מסבירים חוקרי הטכניון. “משמעות הגילוי היא, שבמפגש בין גביש לנוזל מתקיים מצב ביניים, שהוא לא גביש מוצק ולא נוזל”.
במהלך המחקר השתמשו החוקרים במיקרוסקופ אלקטרונים רב עוצמה במכון “מקס פלנק” בשטוטגרט, שאפשר להם לחמם את אבן הספיר עד לטמפרטורה של 750 מעלות צלזיוס ובו זמנית לבחון תחת עדשות המיקרוסקופ את משטח הביניים בין האלומיניום הנוזלי לספיר ברמה האטומית.

ניתן לייצר ספיר גם באופן מלאכותי, כפי שנעשה כיום בתעשייה. זהו חומר שקוף כמו זכוכית, חזק, קשה ועמיד בפני שריטות עשרות מונים מהזכוכית. במחקר התגלה לראשונה גם מנגנון הגידול של גביש הספיר, אשר לא היה מוכר עד כה.

כעת מתמקדים חוקרי הטכניון בשליטה על המבנה הגבישי שהנוזל מקבל בעת ההתמצקות. הם מאמינים כי הדבר מתאפשר כתוצאה מהתמצקות הנוזל בסמיכות למשטחים בעלי אילוצים גיאומטרים שונים. הודות לשליטה הזו הם יוכלו לקבל מבנים שאינם קיימים כיום בטבע, ובכך לקבל תכונות הנדסיות שונות שבעזרתן ניתן יהיה ליצור חומרים חדשים למיקרו-אלקטרוניקה ואף התקנים אופטיים.
להבנת טבעם של משטחי ביניים שבין נוזל למוצק יש חשיבות רבה בתהליכים טכנולוגיים שונים, כגון התמצקות, הרטבה, תהליכי חיבור בפאזה הנוזלית, גידול גבישים ותהליכי סיכה. עבודה זו מוכיחה כי מיקרוסקופית האלקטרונים החודרת בכושר הפרדה גבוה היא אחת השיטות החזקות ביותר לחקירת חומרים בסקלה הננו-מטרית. בעתיד הקרוב יגיע לטכניון מיקרוסקופ אלקטרונים ייחודי מסוגו בעולם, במסגרת מכון ברי למחקר בננו-טכנולוגיה, שיאפשר לערוך מחקרים דומים ואף מתקדמים יותר בישראל.