חשיפה לצפון המגנטי

 

 

יש ביקושים שלעולם לא יפגשו היצעים כערכם. הביקוש לזיכרונות ממוחשבים הוא דוגמה בולטת לכך. מדענים ויזמים מכל העולם מפתחים ללא הרף דרכים לייצור זיכרונות ממוחשבים יותר יעילים, יותר קטנים - והביקוש לזיכרונות עוד יותר קטנים ועוד יותר יעילים ממשיך לגאות. זיכרון ממוחשב בנוי ממספר רב של "מתגים" המסוגלים להימצא באחד משני מצבים שאפשר לכנותם "מופעל" ו"מופסק". המתגים ברוב הזיכרונות הממוחשבים בנויים מגושי חומר מגנטיים, ששינוי הקוטב המגנטי שלהם מסמל מעבר. ממצב "מופעל" למצב "מופסק" (או להיפך, לפי החלטתם השרירותית לחלוטין של מפתחי המתקן).

 

כדי להגדיל עד כמה שניתן את כמות המידע שאפשר לאגור בזיכרון בעל נפח פיסי נתון, מבקשים המדענים להקטין עד כמה שאפשר את גודלו של כל מתג. עד כמה אפשר? עד אשר כל מתג יתבסס על מולקולה אחת ויחידה של חומר. במקומות שונים בעולם - לרבות מכון ויצמן למדע - כבר יצרו מולקולות-מתגים מסוגים שונים, אלא שהניסיונות ליישם אותם בבניית זיכרונות ממוחשבים מרובי מתגים העלו קשיים חדשים. המתג המגנטי האידאלי חייב להתאפיין בעוצמה מגנטית מעטה (דבר שיאפשר לשנות את כיוון הקוטב המגנטי שלו בקלות), וביציבות, כלומר, שמירה לאורך זמן על כיוון הקוטב המגנטי (דבר שיאפשר לאגור מידע באמינות למשך זמן רב). במלים אחרות, המדענים שמנסים לפתח מתגים מגנטיים מולקולריים כאלה מחפשים חומר מוגדר היטב מבחינה כימית (כלומר: חומר טהור, המכיל סוג אחד של מולקולות ללא שום זיהום); המאורגן במרחב במבנה רב-מולקולרי מוגדר, המתאפיין בתכונות מגנטיות מוגדרות; ובאותה עת הוא גם אדיש ככל האפשר להשפעות הסביבה (שדות חשמליים, שינויי טמפרטורה וכו'). לרוע המזל, בצירוף הדרישות האלה טמון מלכוד: מולקולות בודדות שמהוות מתגים מולקולריים ממוקמות בקירבה רבה זו לזו, כך ששינוי כיוון הקוטב המגנטי של אחת מהן (בין היתר כתוצאה משינויי טמפרטורה), עלול לגרום שינוי בכיוון הקוטב המגנטי של המתג המולקולרי השכן. משמעות הדבר, שיבוש יכולתו של מאגר הזיכרון הממוחשב לאגור מידע באמינות למשך זמן רב.

 

הצעה אחת להתגבר על מצב העניינים הזה יצאה באחרונה ממעבדתו של פרופ' רשף טנא מהמחלקה לחקר חומרים ופני שטח במכון ויצמן למדע. פרופ' טנא ותלמיד המחקר ירון רוזנפלד-הכהן הצליחו ליצור שכבה חד-מולקולרית ממולקולות של ניקל-כלוריד. מולקולות אלו מתאפיינות בתכונות מגנטיות מוגדרות (שעדיין נלמדות), מצד אחד, וב"אדישות" יחסית לתנאי הסביבה המשתנים, מצד שני, ולפיכך מסוגלות להוות מתגי זיכרון מגנטיים בעלי אמינות רבה. ממצאים אלה מתפרסמים בימים אלה בכתב העת הבין-לאומי היוקרתי "נייצ'ר".

 

בהמשך הצליחו פרופ' טנא וירון רוזנפלד-הכהן ליצור ממולקולות הניקל-כלוריד מעין "צינורות מולקולריים" זעירים. (פרופ' רשף טנא היה הראשון שהראה, שאפשר לבנות "צינורות מולקולריים" כאלה מחומרים אי-אורגניים). ה"צינורות" האלה עשויים לשרת מספר רב יחסית של יישומים תעשייתיים. בין היתר הם יכולים לשמש כלים ל"כתיבת" מידע מגנטי על דיסקים של מחשבים, וכן ל"קריאת" המידע האגור בדיסקים האלה. תכונותיו הייחודיות של הניקל-כלוריד עשויות לאפשר לו "קריאה" ו"כתיבה" של מידע מגנטי, אופטי וחשמלי כאחד. שימוש אפשרי נוסף של ה"צינורות המולקולריים" החדשים הוא לבקרת ייצור של שבבי מחשב. וייתכן גם, כפי שקרה להמצאות רבות, שהיישומים הגדולים והחשובים של ה"צינורות המולקולריים" האי-אורגניים הראשונים יבואו מכיוונים לא צפויים.

 

פרופ' גרי הודס ופרופ' ישראל רובינשטיין מהמחלקה לחקר חומרים ופני שטח במכון הצליחו בשורת מחקרים לפתח שיטה לשליטה בגודלם ובתכונותיהם של "חלקיקים קוואנטים" העשויים מוליכים-למחצה שגולם קטן ממיליונית המילימטר. מתברר, שכאשר משקעים (אלקטרוכימית) שכבה של חלקיקים על משטח מתכת מתפקד המשטח כמעין תבנית הקובעת את גודלם ואת כיוונם של הגבישים.

 

במה שקשור למוליכים-למחצה, הגודל קובע, בין היתר, את רוחבה של השכבה המפרידה בין רצועת ההולכה ובין רצועת הערכיות שבה יכולים אלקטרונים לנוע. הודס ורובינשטיין, יחד עם ד"ר סידני כהן מהמחלקה לשירותים כימיים ותלמיד המחקר בועז אלפרסון, שיפרו את יכולת המדידה של מיקרוסקופ כוח אטומי (באמצעות ציפוי מחט הגישוש שלו בשכבת מתכת מוליכת חשמל). באמצעות המיקרוסקופ הם הצליחו למדוד את רוחבן של שכבות ההפרדה בחלקיקים הקוואנטיים של המוליכים-למחצה שיצרו. מדידות אלה הראו, שרוחב רצועת ההפרדה תלוי בגודל החלקיק הקוואנטי, כך שככל שהחלקיק קטן יותר, רצועת ההפרדה הקיימת בו רחבה יותר. לממצא זה עשויה להיות חשיבות רבה בפיתוחם של התקנים אלקטרו-אופטיים עתידיים.

 

נראה, שבאמצעות מיקרוסקופ הכוח האטומי המשופר הצליחו הודס ורובינשטיין למדוד חלקיקים קוואנטיים בודדים. במדידות אלה, הראשונות מסוגן שבוצעו בטמפרטורת החדר, נראה שהחוקרים גם הצליחו לעקוב אחר מעבר של אלקטרונים בודדים בחלקיק הקוואנטי המוליך-למחצה. מחקרים אלה מהווים צעד חשוב לקראת פיתוחו של הטרנזיסטור הזעיר ביותר שאפשר לחשוב עליו כיום - טרנזיסטור של אלקטרון בודד.