הינך נמצא כאן

ננו-עניבות פרפר

30.06.2016

מדעני המכון יצרו מבנים זעירים, דמויי עניבת פרפר, העשויים מכסף, אשר מאפשרים לשלוט בצימוד נקודות קוונטיות. ייתכן שמבנים אלה עשויים לתרום, בעתיד, ליצירת מתגים במחשבים קוונטיים

ננו-מבנים מכסף שהם דמויי עניבות פרפר עשויים לקרב אותנו צעד אחד נוסף לעבר החלום של מחשבים קוונטיים. ננו-מבנים אלה, אשר נוצרו במכון ויצמן למדע ותוארו באחרונה בכתב-העת המדעי Nature Communications, מפשטים את התנאים לחקר תופעות קוונטיות ויכולים – יום אחד – לשמש בסיס לבניית רכיבים החיוניים להתקנים קוונטיים.

קבוצת מחקר בראשות פרופ' גלעד הרן מהמחלקה לפיסיקה כימית – אשר כללה את החוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר קוטני סנטוש, מדענית הסגל ד"ר אורה ביטון מהמחלקה לתשתיות למחקר כימי, ופרופ' לב צ'ונטונוב מהטכניון – יצרה ננו-מבנים דו-ממדיים בצורת עניבת פרפר, העשויים מכסף, בעלי מרווח של כ-20 ננומטרים (חלקי מיליארד של מטר) במרכזם. החוקרים טבלו את "עניבות הפרפר" בתמיסה המכילה נקודות קוונטיות (חלקיקים זעירים של מוליך למחצה, בגודל שישה עד שמונה ננומטרים, המסוגלים לקלוט ולפלוט אור). בזמן הטבילה נלכדו חלק מהנקודות הקוונטיות במרווחים שבמרכז "עניבות הפרפר".

ננו-מבנה מכסף בצורת "עניבת פרפר", עם נקודה קוונטית לכודה במרכזו (חץ אדום). צולם באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים

תחת חשיפה לאור יצרו הנקודות הלכודות צימוד אלקטרומגנטי ל"עניבות הפרפר". בתהליך זה נוצר מצב מעורב: חלקיק אור – פוטון – שהגיע להתקן, התחלק בין "עניבת הפרפר" לבין הנקודה הקוונטית. הצימוד היה כה חזק, עד שהוא נצפה אפילו כאשר נלכדה במרווח של "עניבת הפרפר" נקודה קוונטית אחת בלבד. כתוצאה מכך אפשר היה לגרום לכך ש"עניבות הפרפר" יעברו, כמו באמצעות מתג, ממצב אחד לשני: מהמצב שקדם לצימוד לנקודות קוונטיות, לפני החשיפה לאור, למצב המעורב שאותו מאפיין צימוד חזק, לאחר החשיפה לאור.

בעתיד אולי אפשר יהיה לנצל את השליטה בצימוד הנקודות הקוונטיות לבניית מתגים עבור מחשבים קוונטיים, או עבור התקני הצפנה אשר יתבססו על תופעות קוונטיות – כלומר, מכונות שיוכלו לפעול ברמה של פוטונים או של מערכות קוונטיות בודדות, כמו אטומים, מולקולות או נקודות קוונטיות. מדענים צופים, כי התקנים אלה יהיו עוצמתיים פי כמה וכמה מאשר המחשבים האלקטרוניים או מערכות ההצפנה הנוכחיות, מפני שתופעות קוונטיות יוצרות מצבים שאינם קיימות ביום-יום, כמו האפשרות שחלקיק יהיה ביותר ממקום אחד באותו הזמן, ולכן יוכל לבצע יותר מחישוב אחד בעת ובעונה אחת.

"זהו רק הצעד הראשון של שיטת הצימוד שלנו, שאנחנו מקווים שבעתיד תתרום ליצירת מתגים קוונטיים", אומר פרופ' הרן. "עדיין דרוש מחקר רב עד שאפשר יהיה לבנות התקנים שימושיים בשיטה זו, אך הראינו כי באופן עקרוני, קל ליישם את השיטה שלנו, וחשוב מכל – שהיא ישימה בטמפרטורת החדר. כעת אנחנו מפתחים ננו-מבנים עוד קטנים יותר בצורת עניבת פרפר, ומנסים ליצור צימוד עוד יותר חזק וגם הפיך".

פרופ' גלעד הרן וד"ר אורה ביטון. צימוד

מדעני המכון הצליחו לפתח את מערכת "עניבות הפרפר" בזכות פיתוחים חדשים בטכנולוגיות הננו, לרבות ליטוגרפיית קרן אלקטרונים, שבאמצעותה הם בנו את "עניבות הפרפר", והכניסו את הנקודות הקוונטיות לתוך המרווחים שבמרכזן. המדענים ניתחו את הנתונים בעזרת תוכנות חישוב פשוטות יחסית, שזמינותן מייתרת את העבודה הרבה אשר נדרשה בעבר מצד תיאורטיקנים כדי לתאר מערכות כאלו. כמו כן הסתמכו המדענים על הבנת תנודות אלקטרונים הנוצרות במתכות באמצעות אור, דבר שכיום הוא אפשרי בזכות ממצאי מחקרים שפורסמו באחרונה. תנודות אלה, שהן המקור הפיסי של הצימוד בין "עניבות הפרפר" לבין הנקודות הקוונטיות, חזקות במיוחד על גבי פני השטח של המתכת. לכן, במערכות דו-ממדיות, השדה החשמלי והמגנטי שיוצרות תנודות אלה הוא מרוכז ביותר, במיוחד כאשר הוא מתמקד בחלק הצר ביותר של "עניבת הפרפר", בדומה לאור הממוקד בקרן צרה.

הריכוז הגבוה של האור הוא זה שמבטיח את השליטה הטובה על הצימוד, ושליטה זו חיונית ליישומים קוונטיים עתידיים. זו הפעם הראשונה שמערכת אשר נבנית לצורך חקר צימוד חזק בין אור לבין מערכת קוונטית בודדת מצליחה לפעול בקנה-מידה מזערי כל כך. הישג זה מאפשר כעת, לראשונה, לבצע ניסויים נוספים ברמת הנקודות הקוונטיות הבודדות.

המִרווח שבין שני חלקי "עניבת הפרפר" יכול לרכז אור שהגיע אליו עד פי 10,000.

#מספרי_מדע

לקבלת מידע נוסף, תמונות ולתיאום ראיונות:
משרד הדובר - מכון ויצמן למדע
08-9343856 news@weizmann.ac.il

לשיתוף:

 

 

 

 

אינסטגרם