הינך נמצא כאן

קשיי קליטה

01.06.2010

 
 
"אם נשבור מטבע זהב לשניים", אומר ד"ר דן אורון שהצטרף באחרונה למחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע, "יהיו לשני החלקים אותן תכונות בסיסיות שיש למטבע המקורי. המצב שונה לגמרי כאשר מדובר בחלקיק זהב שגודלו כמה אלפי אטומים בלבד. במקרה זה, בין היתר, צבעם של החלקים שנשבור ממנו יהיה שונה מזה של החלקיק השלם".
 
אנו רואים צבע כאשר קרני האור נבלעות בעצמים או מוחזרות מהם, אבל כשמדובר בעצמים שגודלם אינו עולה על זה של אורך הגל של האור, מתחוללות תופעות מוזרות. למעשה, כשיורדים למידות הננו (מיליארדית המטר), רוב תכונות החומרים המוכרים לנו משתנות באופן משמעותי. ד"ר אורון חוקר את המאפיינים של ננו-גבישים. הוא מבקש להבין את החוקים השולטים בתכונותיהן של פיסות חומר בגודל מולקולת חלבון, פחות או יותר, ולומד כיצד אפשר ליישם את החוקים והתכונות שלהם. "הכימיה האי-אורגנית המסורתית העניקה לנו מספר מצומצם של מנגנונים ליצירת חומרים חדשים - בעיקר באמצעות שינוי ההרכב הכימי והמבנה הגבישי של החומר. ננו-חלקיקים, שהתכונות שלהם תלויות גם בגודל, בצורה ובמבנה המרחבי, עשויים לפתוח בפנינו אפשרות ליצור מיגוון עצום של חומרים בעלי תכונות שאי-אפשר להגיע אליהן באמצעים אחרים", הוא אומר.
 
מבט חטוף בשתיים מעבודותיו האחרונות של ד"ר אורון מדגים את השימושים האפשריים הרבים של ננו-חלקיקים: באחת, הוא יוצר ננו-חלקיקים ייחודיים אשר מסוגלים להאיר מולקולות מתחת למיקרוסקופ; בשנייה, הננו-חלקיקים מהווים בסיס לסוג חדש של קולט קרינת שמש.

הננו-חלקיקים של ד"ר אורון הם מוליכים למחצה. כשמפריעים להם, למשל, באמצעות פגיעת פוטון (חלקיק אור), גורמים לעירור קצר של אלקטרון, כך שבחומר נשאר "חור" בעל מטען חיובי. כאשר האלקטרון המעורר חוזר אל תוך החור, נפלט אור בצבע מסוים. ומה קורה כשגורמים לעירור של שני אלקטרונים בננו-חלקיק אחד? האם המטענים החשמליים בתוך הננו-גביש פועלים זה על זה? האם הם מושכים או אולי דוחים אחד את השני? ד"ר אורון גילה, כי אפשר לגרום לדחייה חזקה באמצעות הוספת מספר אטומים של יסוד אחר לתוך הננו-חלקיקים. התוספת הזאת יוצרת מעין "כלוב" שלוכד מטען חיובי יחיד, וכך דוחה את המטען השני. במצב זה, האור שנפלט מהחלקיק משנה את צבעו.
 
במיקרוסקופים יכולים ננו-חלקיקים שמשנים את צבעם לשמש לסימון. כיום, לצורך דימות תלת-ממדי, נוהגים להשתמש בסוג מסוים של מיקרוסקופים אשר מבוססים על בליעה בו זמנית של שני פוטונים בסמן המוצמד לעצם המטרה - תא או חלבון. בעקבות זאת פולט הסמן ניצוץ אור קצר. האור הנפלט בתהליך כזה מננו-חלקיקים זעירים, אשר קשורים לתאים או לחלבונים, עשוי להיות יציב ואמין יותר. בנוסף, היכולת לעצב ננו-חלקיק שיפלוט אור בצבע אחד כשפוגע בו הפוטון הראשון, ואור בצבע אחר כשמתרחשת הפגיעה השנייה, מאפשרת, תוך שימוש בשני הצבעים, לשפר את כושר ההפרדה של המיקרוסקופ. אפשרות אחרת, שתוביל אף היא לשיפור דומה, היא לתכנן חלקיק שיפזר אור רק כאשר שני הפוטונים פוגעים בו באותו זמן, תופעה המכונה פיזור לא-ליניארי. "האתגר בייצור סמנים זעירים כל-כך", אומר ד"ר אורון, "הוא הצורך לשלוט בתהליך הייצור כדי להגיע למבנה הדרוש מצד אחד, והצורך בגילוי אותות אופטיים חלשים במיוחד מצד שני. עם זאת, באמצעות תכנון נכון, אפשר, לדוגמא, להתגבר על הירידה ביכולתו של הננו-חלקיק לפזר אור עם הירידה בגודלו". תכנון כזה הוביל באחרונה, ליצירת הננו-חלקיק הקטן ביותר עד כה - גודלו אינו עולה על 15 ננו-מטרים - שניתן למדוד ממנו פיזור אור לא-ליניארי. "הצלחנו למצוא נקודה מסוימת בה הוא עובד טוב פי עשרה בהשוואה לגוש גדול של חומר מאותו סוג", הוא אומר.

מחקר תאי השמש של ד"ר אורון, לעומת זאת, אינו מבוסס על יכולתם של הננו-חלקיקים לפלוט אור, אלא על יכולתם לקלוט את האור. קולטי האור מהדור השלישי, שבהם משתמשים כיום בתאי שמש זולים, מבוססים על חומרי צבע אורגניים (בניגוד לתאים היקרים העשויים מסיליקון). תאים אלה נדרשים לבצע משימה קשה: לקלוט כמויות גדולות של אור במיגוון רחב של אורכי גל, להפריד בין האלקטרון המעורר לבין ה"חור" שהוא משאיר, ואחר כך לקלוט אלקטרון בחזרה, בתהליך החוזר שוב ושוב. רוב הצבעים האורגניים מסוגלים להפריד מטענים בצורה טובה, אך הם מוגבלים בטווח הצבעים שהם קולטים וביציבותהכימית שלהם. לעומת זאת, ננו-חלקיקים מוליכים למחצה מסוגלים לקלוט את אור השמש ברוב אורכי הגל הנראים, אך הם אינם יעילים במיוחד בהפרדת המטענים. ד"ר אורון, בשיתוף עם ד"ר אריה צבן מאוניברסיטת בר-אילן, העלו את הרעיון לחלק את העבודה. הם יצרו התקנים מיקרוסקופיים שבהם הננו-חלקיקים פועלים כמעין אנטנות, אשר מתעלות את אנרגיית השמש אל מולקולות הצבע, שם נעשית הפרדת המטענים. ד"ר אורון סבור, שלאחר מספר שיפורים עשויים קולטי שמש משולבים כאלה להיות יעילים מאוד.


אישיד"ר דן אורון. שאלה של צבע

ד"ר דן אורון נולד ברחובות בשנת 1974 וגדל סמוך למכון ויצמן למדע. "ביליתי הרבה במכון, ומגיל 11 השתתפתי בחוגים שונים ביחידה לפעולות נוער", הוא מספר. הוא השלים את התואר הראשון והשני במסגרת תוכנית "תלפיות". בעבודת המחקר לתואר השני, באוניברסיטת בן-גוריון, חקר אורון את הפיסיקה של העירבול. מחקרו לתואר שלישי בספקטרוסקופיה באמצעות פולסים קצרים של אור נעשה בקבוצתו של פרופ' ירון זילברברג במכון ויצמן למדע. במחקרו הבתר-דוקטוריאלי, במעבדתו של פרופ' אורי בנין באוניברסיטה העברית בירושלים, התחיל ד"ר אורון לעבוד עם ננו-חלקיקים. בשנת 2007 הצטרף כחוקר בכיר למכון ויצמן למדע. 
 
ד"ר דן אורון נשוי לרותי, ואב להילה, בת 7.

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם