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
 ״זרימה לאחור״ של אור הנע קדימה

מחקר

12.03.2020
״זרימה לאחור״ של אור הנע קדימה

ד"ר אלון באב"ד, יחד עם תלמידי המחקר שלו הצליחו להדגים לראשונה את התופעה "זרימה לאחור" המבוססת על רעיון שעלה לפני כחמישים שנה במסגרת המכניקה הקוונטית אך לא הודגם מעולם בשום ניסוי

  • Optics
  • גלים
  • הנדסת חשמל
  • מכניקה קוונטית
  • Optics
  • גלים
  • הנדסת חשמל
  • מכניקה קוונטית

דמיינו כדור הנזרק קדימה בחלל חופשי. בכל רגע ורגע לאחר הזריקה, אם נמדוד את כיוון התנועה של הכדור הוא ימשיך לנוע קדימה. התוצאה הברורה הזו, כלל וכלל איננה מחויבת המציאות כאשר מדובר בתנועה של חלקיקים מיקרוסקופיים אשר תנועתם מצייתת לחוקים המוזרים של המכניקה הקוונטית. לפי תורה זו חלקיק יכול להתנהג גם כגל.

 

מאחר שגלים שונים יכולים להתחבר ביחד בתהליך הנקרא התאבכות, גם חלקיק הנע קדימה יכול להיות מורכב מאוסף של גלים אשר נעים כולם קדימה. ההשלכות של התאבכות זו יכולות להיות  מוזרות ולא אינטואיטיביות. עם בחירה נכונה של משרעות הגלים (עד כמה חזק הם מתנדנדים) והשהיה יחסית ביניהם ניתן ליצור חלקיק אשר למרות שהוא מורכב מגלים שכולם נעים קדימה, אם התנועה שלו תמדד במקומות מסוימים במרחב ובזמנים מסוימים – יתגלה שהחלקיק נע אחורה. בשאר המקומות והזמנים – אם תנועת החלקיק תימדד הוא ימצא כנע קדימה. למעשה הסיכוי למצוא את החלקיק נע קדימה הוא עדיין גדול בהרבה מהסיכוי למצוא אותו נע אחורה. כמו כן ההתאבכות המייצרת את אותה ״זרימה לאחור״ היא מאוד עדינה – שינוי קטן במשרעת של הגלים או בהשהיה היחסית שלהם תהרוס בקלות את תופעת ״הזרימה לאחור״. מאחר שהתופעה הזו כה רגישה, עד היום לא הצליחו להבחין בה בשום מעבדה בעולם.

 

במעבדתו של ד״ר אלון באב״ד מבית הספר להנדסת חשמל באוניברסיטת תל אביב הצליחו כעת להדגים את התופעה עם אור. הרעיון הבסיסי במרכז המחקר הוא שגם אור הוא תופעה גלית, וכמו החלקיק קוונטי, יכול להיות מורכב מאוסף של גלים הנעים לכיוון מסוים.

בניסוי במעבדה של ד"ר באב"ד The Physical Optics group השתמשו החוקרים ותלמידי המחקר יניב אליעזר, שנמצא כיום בפוסט דוקטורט באוניברסיטת ייל, ותומאס זכריאס, באלומת לייזר אשר פוצלה והורכבה מחדש כאוסף של גלים הנעים כולם בזוית חיובית יחסית לציר שנקבע מראש. אסופת הגלים הזו חושבה מראש כך שתוכל לייצר את תופעת ה״זרימה לאחור״. כעת בהזזת חריץ קטן לרוחב אלומת האור נעשית המדידה המקומית של כיוון זרימת האור. ברוב המיקומים בהם הושם החריץ, האור אשר יצא ממנו המשיך לנוע בכיוון המאופיין עם זוית חיובית, אך במספר מקומות מוגדרים – האור אשר בקע מהחריץ נע בכיוון המאופיין עם זוית שלילית, מאשש בכך את התופעה המדוברת. למחקר זה יכולות להיות השלכות בתחומים הדורשים שליטה מדויקת בפילוג המרחבי של עוצמת אור בנפחים קטנים, כמו מיקרוסקופיה, חישה והנעה של חלקיקים זעירים. 

 

*עוד ניתן לקרוא על המחקר של ד"ר באב"ד במגזין היוקרתי Optica שהתפרסם חודש שעבר - למאמר המלא במגזין Optica

 

*לכתבה המלאה בעיתון הארץ

 

 

   

 

 

 

יאיר שוקף

מחקר

10.02.2020
טעויות בזכויות יוצרים

חוקרים מבית הספר להנדסה מכנית באוניברסיטת תל אביב, בשיתוף עם עמיתיהם בהולנד פרסמו מחקר פורץ דרך בכתב העת Nature Physics בו הדגימו כיצד ניתן לשתול פגם טופולוגי במטא-חומר ולתכנן את התנהגותו מחדש

  • exotic mechanics
  • Topological defects
  • exotic mechanics
  • Topological defects

מטא-חומרים הם חומרים חכמים שהונדסו בידי אדם, ואינם מצויים בטבע. תכונותיהם של חומרים טבעיים נקבעות על ידי הרכבם הכימי (אטומים ומולקולות), ואילו התכונות הפיזיקליות של מטא-חומרים נובעות מהמבנה המרחבי שלהם. במילים אחרות: אבני הבניין המיוחדות, והאופן בו הן משתלבות זו בזו, קובעים את תכונות המטא-חומר.

 

מה ההבדל בין נייר שטוח לנייר מקומט?

גליון נייר שטוח ונייר מקומט עשויים מאותו החומר. אולם הגליון שטוח וגמיש, והדף המקומט קשיח וכדורי: הקימוט משנה את ההתנהגות של הנייר. "הנייר המקומט הוא מה שאנו מכנים מטא-חומר מכני: אם נשנה את הצורה שלו, הוא ישנה את התכונות שלו", אומר פרופ' יאיר שוקף, אחד השותפים למחקר והעומד בראש קבוצת המחקר בבית הספר להנדסה מכנית באוניברסיטת תל אביב.

 

טעות מכוונת מראש

תובנות חדשות מגיעות משיתוף פעולה בין אוניבריסטת תל אביב, אוניברסיטת ליידן ומכון AMOLF באמסטרדם. גב' אן מואסן, ד"ר ארדל אוגוז, פרופ' יאיר שוקף ופרופ' מרטין ון-הקה תכננו במכוון טעות במטא-חומר, פגם טופולוגי, וחקרו את ההשפעה שלו. "קיבלנו השראה ממסכי LCD. הם מייצרים צבעים שונים באמצעות מערכים של גבישים נוזליים קטנטנים. כשיוצרים פגמים במערכים האלה - כמו למשל כשלוחצים עם אצבע על המסך – מפרים את הסדר ומקבלים קשת של צבעים. פגמים משנים את הפעולה של המסך שלך."

 

השתלת פגמים באופן נשלט לתוך מטא-חומר אינה משימה קלה. צוות המחקר המציא חומר תיאורטי: מבנה שטוח, עשוי מאבני בניין משולשות, שהצדדים שלהן זזים בבליטות כלפי חוץ או שקעים כלפי פנים. בחומר מושלם, כל אבני הבניין משתלבות כמו בפאזל: כל בליטה ממוקמת מול שקע. אבל מה קורה אם מסובבים שורה של אבני בניין בפאזל, והחתיכות לא יכולות להשתלב יחד? "זה מה שאנו מכנים פגם גולבלי, או טופולוגי", מסביר פרופ' שוקף. "זוהי חוסר אחידות שלא ניתנת להסרה על ידי סיבוב של אבן בניין אחת בלבד".

 

תופעות מרחביות

הצוות השתמש בהדפסה תלת-ממדית על מנת לייצר את המטא-חומר הזה, שעשוי אבני פאזל מחוברות. המבנים שהודפסו איפשרו להראות איך פגם טופולוגי מייצר התנהגויות מפתיעות. החומר המושלם רך כשלוחצים עליו משני צדדים, אבל החומר הפגום שונה: צד אחד שלו מרגיש רך והשני קשיח. התופעה הזו מחליפה צדדים כשלוחצים בצד אחד ומושכים בצד השני: חלקים קשיחים הופכים רכים, וחלקים רכים הופכים קשיחים.

 

פרופ' שוקף אומר: "התנהגות לא סימטרית זו כתוצאה מפגם טופולוגי לא נראתה קודם. מצאנו דרך לייצר פגמים כאלה באופן מבוקר. בגלל שפיתחנו חוקי תיכנון כלליים, כל אחד יכול להשתמש ברעיונות שלנו. זו דרך חדשה להתבונן על מטא-חומרים מכניים: אנחנו משתמשים בעקרונות מפיזיקה של חומר מעובה וממתמטיקה על מנת לחקור מכניקה של חומרים. זה נפלא לראות איך חוקרים מתחומים שונים מקבלים השראה מהתוצאות שלנו".

 

מטא-חומרים מורכבים הנבדלים רק בכיוון של שתי אבני בניין (ירוק) מגיבים באופן מאוד שונה ללחיצה מכנית (צהוב). חצים מסמנים הזזות וצבעים מייצגים כוחות מכנים.

מטא-חומרים מורכבים הנבדלים רק בכיוון של שתי אבני בניין (ירוק) מגיבים באופן מאוד שונה ללחיצה מכנית (צהוב). חצים מסמנים הזזות וצבעים מייצגים כוחות מכנים.

 

מן העיתונות

למאמר המלא ב Nature Physics

למאמר המשך

לסרטון הסבר

לכתבה המלאה בידען

לכתבה המלאה ב New-Tech

אוניברסיטת תל-אביב, ת.ד. 39040, תל-אביב 6997801
UI/UX Basch_Interactive