קוביות קטנות

ד"ר רפאל קליין ותלמיד המחקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר גורבינדר סינג, מהמחלקה לכימיה אורגנית במכון ויצמן למדע, בדקו את התופעה באמצעות ננו-קוביות המבוססות על מינרל תחמוצת ברזל הקרוי "מגנטיט". כפי ששמו מרמז, מדובר במינרל בעל תכונות מגנטיות טבעיות, שמצוי במקומות שונים – לרבות בחיידקים, החשים באמצעותו את השדה המגנטי של כדור-הארץ.

מגנטיות היא רק אחד הכוחות הפועלים על אותם ננו-חלקיקים. בשיתוף עם קבוצת המחקר של פרופ' פיטר קראל מאוניברסיטת אילינוי, שיקגו, פיתחו ד"ר קליין וד"ר סינג מודל תיאורטי על מנת להבין כיצד מסוגלים כוחות שונים לסדר מחדש את חלקיקי המגנטיט. "כוחות מסוגים שונים גורמים לננו-חלקיקים להתארגן בדרכים שונות", אומר ד"ר קליין. "כוחות אלה יכולים להתנגד זה לזה, כך שהרעיון הוא למצוא את האיזון הנכון ביניהם, שיכול לגרום להרכבה עצמית של החלקיקים למבנים של חומרים חדשים". על-פי המודלים שפיתחו, ישנה חשיבות לצורת הננו- חלקיקים. מתברר, כי רק קוביות יוצרות את האיזון הדרוש לכוחות המנוגדים על מנת ליצור מבנים סליליים.

החוקרים מצאו, כי שני הכוחות המנוגדים העיקריים אשר פועלים על החלקיקים הם הכוח המגנטי וכוח ואן דר ואלס. הכוח המגנטי גורם לחלקיקים המגנטיים למשוך ולדחות אחד את השני, ובכך הוא דוחף את החלקיקים דמויי הקובייה להתארגן פינה-מול-פינה. לעומת זאת, כוחות ואן דר ואלס מקרבים את פאות הקוביות, ו"משדלים" אותן להתארגן בשורה. כאשר כוחות אלה פועלים יחדיו על אותן קוביות קטנות, התוצאה היא סידורן העצמאי כמבנים בצורת סליל.

למרות המראה המרשים של גדילי הננו-קוביות, ד"ר קליין אומר שמוקדם מדי לחשוב על יישומים מסחריים. הערך המיידי של עבודתו, הוא מסביר, הוא ההמחשה הבסיסית של בנייה עצמית ברמת הננו. "על אף שחוקרים את המגנטיט לעומק – אפילו בצורתו הננו- חלקיקית – במשך עשורים רבים, אף אחד לא זכה לראות את המבנים האלה בעבר", אומר ד"ר קליין. "רק כאשר נבין כיצד משפיעים אותם כוחות על הננו-חלקיקים, נוכל להתחיל ליישם את הממצאים, ואולי לייצר חומרים חדשים המסוגלים להתארגן ולבנות את עצמם".