לגזור את הקרח

פרופ' יאיר שוקף מבית הספר להנדסה מכנית יחד עם שותפיו מאוניברסיטת תל אביב ואוניברסיטת ברצלונה מסבירים במאמר שהתפרסם בכתב העת המדעי Physical Review Letters​ כיצד ניתן לגרום למערכת דו-ממדית להתנהג כמו בשלושה מימדים. 

חוקרים מהפקולטה להנדסה באוניברסיטת תל אביב יחד עם חוקרים מאוניברסיטת ברצלונה הציגו לאחרונה דרך לעוות קרח מלאכותי דו-ממדי, אשר מעניקה לו חלק מהתכונות של קרח טבעי תלת-ממדי. לקרח תלת-ממדי העשוי ממים קפואים יש הרבה סידורים מרחביים של המולקולות המרכיבות אותו, אשר לכולם אותה רמת אנרגיה, לכן המערכת מנוונת, ותמיד תהיה קיימת בה רמה מסוימת של אי-סדר. למקבילה הדו-ממדית שלו, קרח ריבועי, אין ניוון כזה. החוקרים שילבו ניסויים, תיאוריה וסימולציות נומריות על מנת לייצר קרח מלאכותי דו-ממדי העשוי מחלקיקים קולואידים בגודל של כמיקרומטר. כאשר מעוותים את הגיאומטריה שלו בצורה של גזירה, לקרח הקולואידי הזה יש שני סידורים מרחביים שונים של החלקיקים, אשר להם אנרגיות דומות מאוד, דבר זה מייצר באופן אפקטיבי ניוון במערכת.

אולם ניוון זה מגיע עם מחיר: שני הסידורים האלה הקרובים מאוד באנרגיה לא יכולים להתקיים ביחד, אלא אם כן הם מחוברים זה לזה באמצעות פגמים טופולוגים, להם אנרגיה גבוהה יותר, ואשר דורשים שינויים מבניים ארוכי-טווח על מנת שיהיה אפשר למחוק אותם.

בתמונה: ניסוי (שמאל) ותיאוריה (ימין) של חלקיקים מיקרומטריים במערך של מלכודות מוארכות המסודרות על סריג ריבועי גזור (מקור: האגודה האמריקאית לפיזיקה).

המחקר התפרסם בכתב העת Physical Review Letters ב-12 ביוני 2020 והוא תוצאה של עבודתם של:

- הדס שם-טוב וד"ר ארדל אוגוז בקבוצה של פרופ' יאיר שוקף  מבית הספר להנדסה מכנית באוניברסיטת תל אביב 
- אריק בביה-סולר וד"ר אנטוניו אורטיז-אמבריז בקבוצה של פרופ' פייטרו טיירנו במחלקה לפיזיקה של חומר מעובה באוניברסיטת ברצלונה.

הקליקו למאמר המלא

אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון