הינך נמצא כאן

כחולוגרמה

06.10.2016

מדעני המכון יצרו סוג חדש של הולוגרמה, שהוא כמעט בלתי-נראה וכמעט לא ניתן לזייפו. הולוגרמות אלה מבוססות על ננו-חלקיקים, ואפשר להבחין בהן רק כשאור אינפרא-אדום, שאינו נראה לעין האדם, מוקרן על שבב שעליו מסודרות שכבות הננו-חלקיקים.

ד"ר אורה ביטון, פרופ' יחיעם פריאור וד"ר אאוקילדס אלמיידה. סוג חדש של הולוגרמה

הולוגרמות – תמונות תלת-ממדיות – משמשות כיום, בין היתר, למניעת זיופים בתחומים רבים, מכרטיסי אשראי, דרך חשבונות, ועד לאריזות של משחות שיניים. סוג חדש של הולוגרמה, שנוצר באחרונה במעבדות מכון ויצמן למדע, יהיו כמעט בלתי אפשר לזייף, והן תהיינה כמעט בלתי-נראות. הולוגרמות אלה מבוססות על ננו-חלקיקים ואפשר להבחין בהן רק כאשר אור אינפרא-אדום, שאינו נראה לעין האדם, מוקרן על השבב הזעיר שעליו מסודרות שכבות הננו-חלקיקים. הננו-חלקיקים קולטים את אור האינפרא-אדום, ופולטים אור באורך גל אחר – כחול. כתוצאה מתכנון וממיקום קפדניים של כל ננו-חלקיק במערך, הם משחזרים תמונה תלת-ממדית.

פרופ' יחיעם פריאור, והחוקר הבתר-דוקטוריאלי מברזיל, ד"ר אאוקילדס אלמיידה, מהמחלקה לפיסיקה כימית במכון ויצמן למדע, וד"ר אורה ביטון מהמחלקה לתשתיות למחקר כימי במכון, תיארו את דרך יצירתן של הולוגרמות הננו-חלקיקים במאמר שפירסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Nature Communications.

"עינינו יוצרות תמונות תלת-ממדיות של העולם בהתבסס על מידע שאנו מקבלים מגלי אור המוחזרים מחפצים", מסביר פרופ' פריאור, "אלה כוללים את עוצמת האור, והמופע (פאזה) שלו – או מחזור הזמן של הגלים. תצלום דו-ממדי תופס את העוצמה, אבל לא את המופע של גלי האור, ובכך משמיט מידע חיוני על עומק. כדי ליצור הולוגרמה, חייבים להשתמש בסרט צילום ובשני מקורות אור. אחד מהם הוא קרן התייחסות אשר משמשת לשיחזור 'המימד השלישי' של התמונה. אפשר לייצר הולוגרמות באופן ממוחשב, אבל בכל מקרה, יש לשחזר את המידע על מופע האור בתמונה, שכן זה מה שיגרום לה להיראות תלת-ממדית לעינינו".

פרופ' פריאור וחברי קבוצת המחקר שלו הבינו, שהננו-חלקיקים שהם מעצבים ומייצרים במעבדה יכולים לשמש לאיחסון הולוגרמות. "בשיטה החדשה אפשר להימנע לחלוטין משימוש מסרט הצילום", הוא אומר. "כעת אנו יכולים לשלוט במאפיינים של ננו-חלקיקים ברמה גבוהה מאוד של קפדנות ודיוק, ואנחנו יכולים לעצב אותם לכל מטרה, לרבות איחסון מידע צילומי".

הננו-חלקיקים החדשים, העשויים זהב, מיוצרים תוך שימוש בידע שנרכש בתחום המחקר המכונה פלסמוניקה – היכולת לתפעל אור בטכניקות של ננו-טכנולוגיה. פלסמוניקה מבוססת על מספר גילויים מהעשורים האחרונים. האחד הוא, שהשדה החשמלי של ננו-חלקיקים מתכתיים שמקרינים עליהם אור באורך גל מסוים, מתחזק מקומית בכמה סדרי גודל; כך, למשל, אם מולקולה ממוקמת ליד הננו-חלקיק, האינטראקציה בין האור לבין המולקולה יכול להיות חזקה פי מיליון מהרגיל.

תגלית אחרת בפלסמוניקה נוגעת לחורים – פתחים זעירים, קטנים משמעותית מאורך הגל של האור, כך שאור בקושי יכול לעבור דרכם. למרבה ההפתעה, התגלה שבסרטים מתכתיים נראה שהאור נפלט מצדו השני של החור, וה"שידורים" מקושרים ישירות לצורתו ולגודלו של החור. ההסבר לתופעה זו הוא שאלקטרונים, הקטנים יותר מהחור, עוברים אותו בחופשיות ומעוררים, והם מתווכים את העברת האור דרך החור.

 (ימין): תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורק של דגם המורכב משתי שכבות של ננו-אנטנות המונחות האחת על גבי השנייה. (שמאל ומרכז): תמונות הולוגרפיות של האותיות א' ו-ש' עבור קרן לייזר עם פולריזציה אנכית ואופקית בהתאמה

בעזרת עיצוב פלסמוני גילו החוקרים שהם יכולים לתפעל אור, פשוטו כמשמעו. בנוסף לשליטה במופע ובמשׂרעת כדי ליצור את אפקט התלת-ממדיות של ההולוגרמה, הננו-חלקיקים יכולים להחליף צבע אחד באחר בדרך של קיבוץ פוטונים בטווח האינפרא-אדום באנרגיה נמוכה, ופליטת פוטונים חדשים, עם פי שלושה אנרגיה ושליש אורך גל – במקרה הזה, אור כחול.

הננו-חלקיקים עוצבו בדייקנות באמצעות ליטוגרפיית אלקטרונים. הרב-שכבתיות של המערכת איפשרה לאחסן יותר מתמונה אחת: בדוגמה אחת שנצפתה תחת מיקרוסקופ אפשר לראות הולוגרמה של האות אל"ף, ובאמצעות אלומה שמוטלת בזווית של 90 מעלות - את האות שי"ן. "למדנו להבין את הקשר בין צורת הננו-חלקיק לבין התכונות האופטיות שלו, ובכך לשלוט בתכונות הללו", אומר פרופ' פריאור. "דבר זה עשוי להוביל, למשל, לפיתוח עדשות שיכולות להתמקד באופן שונה בתגובה לתאורה שונה, לפיתוח הולוגרמות ברזולוציה גבוהה מאוד, או לאיחסון צפוף של מידע אופטי".

ההולוגרמות הלא-ליניאריות נוצרות באמצעות אנטנות שגודלן כ-100 ננומטר כל אחת, וצפיפותן גובהה ממיליארד לסמ"ר.

#מספרי_מדע

לשיתוף:

 

 

 

 

אינסטגרם

.