מה בקנקן?

01.12.2000
.
מה בקנקן?
 
 
רק אלוהים "בוחן כליות ולב". בני-אדם, בדרך כלל, מתבוננים בקנקן ולא במה שיש בו. אלא שבתחומי מחקר רבים נדרשים המדענים להסתכל פנימה אל תוך החומר. לדוגמה, בתהליכי פיתוח של חומרים מרובי שכבות דקיקות, תחום המהווה חזית מדעית וטכנולוגית חשובה, החל ממדעי החיים ועד לפיסיקה של מוליכים-למחצה, יש צורך חיוני באנליזות מבנה עד דיוק של ננומטרים בודדים (ננומטר הוא מיליונית המילימטר). כיצד ניתן להסתכל פנימה אל עומק המבנה השכבתי ובה בעת להבין את הארגון הפנימי שלו בדיוק גבוה כל כך ומבלי לפגוע בחומר? ברוב השיטות הקיימות, ההסתכלות פנימה אינה מספקת מידע על ממד העומק. לדוגמה, בתצלום רנטגן אנו יכולים להבחין במרכיבים שונים בתוך גופנו, אבל קשה מאוד לקבוע מי מהמרכיבים האלה "עמוק" יותר ממרכיב אחר.
 
כדי להתגבר על הקושי הזה פיתחו באחרונה מדעני מכון ויצמן למדע דרך מקורית ופשוטה יחסית לביצוע אנליזת עומק מדויקת. מפתחי הדרך, ד"ר חגי כהן מהמחלקה לשירותים כימיים ופרופ' ישראל רובינשטיין מהמחלקה לחקר חומרים ופני שטח, תיארו אותה באחרונה בכתב העת המדעי "נייצ'ר". כהן ורובינשטיין השתמשו בטכניקה המכונה XPS (ספקטרוסקופיה פוטואלקטרית של קרני רנטגן), שבאמצעותה חקרו שכבות מבודדות דקיקות על גבי מצע מוליך. קרינת ה"רנטגן" גורמת לפליטת אלקטרונים מהחומר שבו היא פוגעת, כאשר רמת האנרגיה של האלקטרונים הנפלטים מלמדת על סוג האטומים שמהם נפלטו. בו בזמן "שטפו" המדענים את החומר בזרם של אלקטרונים איטיים באמצעות "תותח אלקטרונים". שטיפה זו גרמה ליצירת שדות חשמליים מבוקרים על פני השכבה המבודדת, ועקב כך לשינויים ברמת האנרגיה של האלקטרונים הנפלטים. שינויים אלה קטנים ככל שהאטום שפולט את האלקטרון נמצא קרוב יותר למצע המתכתי. באמצעות מדידת שינויי האנרגיה הללו הצליחו המדענים לגלות בעת בעונה אחת, הן את סוג האטום הפולט את האלקטרונים, והן את עומקו בשכבת החומר הדקיקה.
 
כדי לבחון את השיטה החדשה הכינו כהן, רובינשטיין ושותפיהם למחקר מבנים דקיקים רבי-שכבות על מצע זהב. בתוך המבנה הושתלו אטומים "זרים" כסמנים בעומקים ידועים. כשהפעילו את שיטת המדידה החדשה על המבנה הזה, התברר כי היא מאפשרת "להביט אל תוך החומר", ולזהות ולמדוד שכבות חומר ברמת הפרדה (רזולוציה) של ננומטר אחד בלבד. השיטה החדשה ניתנת ליישום כמעט בכל מערכת שיש בה שכבה מבודדת דקה (עד כ-15 ננומטרים) על מצע מוליך. הרכב כזה מאפיין מגוון עצום של חומרים, שרבים מהם משמשים בחזית המדע והטכנולוגיה. שיטה חדשה זו עשויה להוות בסיס לפיתוח כלי מדידה מתקדמים בתעשייה ובתחומי המדע השונים.
 
בצוות המחקר השתתפו גם פרופ' אברהם שנצר מהמחלקה לכימיה אורגנית, ד"ר אלכסנדר וסקביץ מהמחלקה לחקר חומרים ופני שטח, ותלמידות המחקר אילנית דורון-מור, ענת חצור ותמר ון-דר-בום-מואב.
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם