תחומים:

בחר הכל

קול קורא

קטגוריות:

בחר הכל

אירוע

ברכות

כנס

מחקר

מחקר בפקולטה

מינוי

פוקוס

חדשות

NEWS

מה מעניין אותך?

כל הנושאים
Advanced chemical oxidation processes
AI
Beetles
Bioelectronics
Biomedical
Biomimetics
Biomimicry
chemical oxidation
CO2 storage
Cyber Security
Deep learning
drone
environment
Environmental implications
exotic mechanics
Geophysical and environmental fluid dynamics
groundwater
Health
Hemodynamics and Biomechanics
Interfacial Phenomena
Machine Learning
materials for water
Mechanical Engineering
Metamaterials
Molecular Electronics
Nanoelectronics
nanomaterials
Nanophotonics
nanotechnologies
Nonlinear optics
numerical modelling
Numerical models
oil and natural gas
optical nanosensors
Optics
Radio Physics and Engineering
Remote sensing of waves
Self-Assembled Monolayers
Smart Biomedical Materials
Social Contagion
Terahertz optics
Topological defects
Transient Free and Submerged Impinging Jets
Viral Marketing
Water waves
אווירונאוטיקה
הנדסה ביו-רפואית
הנדסה מכנית
הנדסת חשמל
הנדסת מכונות
הנדסת תעשייה
זרימות חד-ורב-פאזיות
מדע והנדסה של חומרים
מדעים להיי-טק
מערכות הנעה
שריפה רב-פאזית
קובייה מתכתית

מחקר

22.07.2020
המהוד האופטי הקטן בעולם לקרינה אינפרא-אדומה

ד"ר איתי אפשטיין, יחד עם חוקרים מספרד, ארה"ב, פורטוגל וצרפת, הצליחו לבנות מהוד אופטי אשר מסוגל לדחוס קרינה אינפרא-אדומה לחלל הקטן פי מיליארד מנפחה הרגיל

  • Radio Physics and Engineering

בדומה להקטנת גודלם של מעגלים אלקטרוניים, המאפשרים טכנולוגיות כמו מחשבים וסמארטפונים, השאיפה ליצור טכנולוגיה עתידית המבוססת על מעגלים ושבבים אופטיים מונעת גם היא ע"י הצורך במזעור. יחד עם זאת, מזעור זה כרוך באתגרים ומכשולים חדשים שיש להתגבר עליהם, כמו שליטה והולכה של אור בסקלת הננומטר. לאור זאת, טכניקות חדשות מפותחות כל הזמן אשר מטרתן לדחוס את האור לחללים זעירים במיוחד - קטנים פי מיליונים מאורך הגל של האור ומתחת לגבול הדיפרקציה, שמסמל את הגודל או הנפח הקטן ביותר אליו ניתן לדחוס גלי אור. דבר זה קשה במיוחד בתחום הספקטראלי של קרינה אינפרא-אדומה, מכיוון שהיא מאופיינת ע"י אורכי גל גדולים, בסקלות של עשרות עד מאות מיקרומטרים.

 

גלים פלזמונים בגרפן

גרפן - חומר דו-מימדי הבנוי משכבה אחת של אטומי פחמן - משלב תכונות אופטיות וחשמליות יוצאות דופן. גרפן מסוגל להנחות אור בצורה של "גלים פלזמונים" , שהם תנודות של אלקטרונים המצומדות לשדה האלקטרומגנטי של האור. לפלזמונים (יחידת אנרגיה של תנודות בפלזמה) אלו יכולת טבעית לדחוס אור לחללים קטנים מאוד. עם זאת, עד עכשיו ניתן היה ​​לדחוס את הפלזמונים הללו בצורה המוגבלת לסקלות מיקרומטריות, בעוד שיכולתו של האור לבצע אינטראקציה עם חלקיקים קטנים, כמו אטומים ומולקולות, תלויה ביכולת לדחוס אותו לחללים בסקלות הרבה יותר קטנות. סוג זה של דחיסה נחשב בדרך כלל למהוד אופטי.

 

סוג חדש של מהוד אופטי

כעת, במחקר שהוביל ד"ר איתי אפשטיין, איש סגל חדש במחלקה לאלקטרוניקה פיסיקלית של בית הספר להנדסת חשמל בפקולטה להנדסה, אשר בוצע כחלק מעבודת הפוסט-דוקטורט שלו יחד עם חוקרים נוספים מספרד, פורטוגל, צרפת, ברזיל וארה"ב, הצליחו החוקרים לבנות סוג חדש של מהוד אופטי. המהוד, שמבוסס על שילוב של קוביות מתכת בגודל ננומטרי המפוזרות על גבי הגרפן, איפשר לייצר את המהוד האופטי הקטן ביותר שנבנה עד כה לקרינה אינפרא-אדומה, ואשר מבוסס על הפלזמונים בגרפן.

 

בניסוי החוקרים השתמשו בקוביות מתכתיות בגודל 50 ננומטר בלבד, אשר מפוזרות באופן אקראי על שכבת הגרפן ללא דפוס או כיוון ספציפי. זה איפשר לכל קוביה, ביחד עם הגרפן, לפעול כמהוד אופטי בודד. לאחר מכן הם העבירו אור אינפרא-אדום דרך הדגם ומדדו כיצד הפלזמונים נדחסים לנפח קטן מאוד בין הגרפן והקוביות.

 

מבעיה לפתרון

ד"ר אפשטיין מציין כי "המכשול העיקרי בו נתקלנו בניסוי זה הוא העובדה שאורך הגל של אור אינפרא-אדום גדול מאוד והקוביות קטנות מאוד - בערך פי 200 - כך שקשה מאוד לגרום להם לבצע אינטראקציה זה עם זה". כדי להתגבר על הבעיה הם ניצלו תופעה מיוחדת - כאשר הפלזמונים נדחסו אל המהוד הם יצרו אופן תהודה הנקרא אופן תהודה מגנטי. ד"ר אפשטיין מבהיר: "תכונה ייחודית של אופן תהודה מגנטי מסוג זה היא היכולת לפעול כסוג של אנטנה המגשרת על ההבדל בין הממדים הננומטריים של הקוביה לבין המימדים הגדולים של האור האינפרא-אדום". לפיכך, אופן התהודה איפשר לדחוס את הפלזמונים לנפח הקטן פי מיליארד מהנפח של אור אינפרא-אדום רגיל, דבר שמעולם לא הושג לפני כן. בנוסף, החוקרים גילו שהמהוד משמש גם כסוג חדש של אנטנה ננומטרית שיכולה לפזר אור אינפרא-אדום ביעילות רבה.

 

תוצאות מחקר מבטיחות

לרוב החומרים המולקולריים קיימים מעברים אנרגטיים בספטרום האינפרא-אדום, ומכוון שגישה זו, של דחיסת האור לחללים מאד קטנים, מסוגלת לחזק את השדה האופטי בצורה ניכרת, ניתן להשתמש בה כדי לאתר חומרים מולקולריים, המגיבים לאור אינפרא-אדום. מבחינה זו תוצאות המחקר מבטיחות בתחום של גלאים חדשים לחישה מולקולרית וביולוגית, רפואה, ביוטכנולוגיה, בדיקת מזון ואפילו ביטחון. גלאים אלו יעזרו לאתר חומרים מולקולריים רעילים או מסוכנים, הנמצאים במזון או בציוד הנ"ל.

 

העבודה בוצעה כחלק מעבודת הפוסט-דוקטורט של ד"ר אפשטיין, במכון המחקר ICFO – The Institute of Photonic Sciences, בברצלונה, ספרד, והתפרסמה בירחון המדעי Science.

 

את המאמר המלא ניתן למצוא כאן.

 

אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון

אוניברסיטת תל אביב עושה כל מאמץ לכבד זכויות יוצרים. אם בבעלותך זכויות יוצרים בתכנים שנמצאים פה ו/או השימוש שנעשה בתכנים אלה לדעתך מפר זכויות, נא לפנות בהקדם לכתובת שכאן >>
אוניברסיטת תל-אביב, ת.ד. 39040, תל-אביב 6997801
UI/UX Basch_Interactive