תעלומת האטום המשוטט

01.09.1999
 
פרופ' דוד כאהן וד"ר ליאור קרוניק. תנועה בחומר
 
התקנים אלקטרוניים הממירים את קרינת השמש לאנרגיה חשמלית היו עשויים להיות הפתרון האידיאלי לניצול אנרגיית השמש, אלא שלרוע המזל התקנים כאלה ניתנים לבנייה מחומרים יקרים מאוד, או לחלופין, מחומרים רב-גבישיים המאורגנים בשכבות דקות, הנהרסים עם הזמן כתוצאה מנזקי הקרינה ומהשחיקה הסביבתית.
 
אחד מהחומרים האלה - נחושת-אינדיום דו-סלניד - ידוע בתכונת ה"סובלנות" שלו. זהו חומר מורכב למדי, אך הוא מסוגל לפעול כראוי גם כאשר יחסי הכמויות בין מרכיביו משתנים. כך אפשר לראות את המבנה שלו כמעטפת קשיחה שהמרכיבים השונים בתוכה עשויים לנוע ולהתערבב זה בזה. מבנה זה של החומר צפוי לגרום אי-יציבות, שתגרום לכך שהחומר יתפרק בקלות ולא יתקיים לאורך זמן. אבל בפועל מתברר שהנחושת-אינדיום דו-סלניד הוא חומר יציב ביותר, המצליח להתקיים גם בתנאים קשים - לרבות אלה שבהם פועלים לוויינים בחלל - במשך זמן ארוך. במשך שנים רבות נחשבה התופעה הזאת לתעלומה שסיקרנה חוקרי חומרים בכל העולם. אבל עכשיו חוקרי מכון ויצמן למדע, בראשותו של פרופ' דוד כאהן מהמחלקה לחקר חומרים ופני שטח, בשיתוף עם ד"ר ליאור קרוניק וחוקרים מצרפת ומגרמניה, גילו את צפונותיו של הנחושת-אינדיום דו-סלניד.
 
אחד מהממצאים שהביא לכך הוא תוצאה מעבודה אחרת שבה מעורבת קבוצת המחקר של פרופ' דוד כאהן. בעבודה זו בחנו המדענים את המבנה של גבישי הנחושת-אינדיום דו-סלניד באמצעות קרינת X ("רנטגן") רבת עוצמה שמקורה בסינכרוטרון (הניסויים בוצעו במתקן הסינכרוטרון של המרכז האירופי בגרנובל, צרפת). מתוך מדידת הקרינה המתפזרת מהגביש למדו החוקרים לדעת, כי האטומים המרכיבים את הנחושת-אינדיום דו-סלניד קשורים זה לזה, בחלק מהמקרים, בקשרים הניתנים לשבירה בקלות יחסית (בין הייתר, כתוצאה מקרינת השמש). כתוצאה מכך משנים אטומי הנחושת שבגביש את מקומם ונעים בתוך הגביש. מדובר בתופעה לא רגילה: אטומים נעים בחומר אלקטרוני דומם. המדענים הופתעו שבעתיים כאשר גילו שבעקבות התנועה הראשונית הזאת נעים אטומי נחושת אחרים ממקומותיהם הקבועים בגביש, "מתוך מטרה" לפצות על חסרונם של אטומי הנחושת שעזבו את מקומותיהם, ו"לחפות עליהם".
 
החוקרים, שדיווחו על התגלית בכנס האירופי לחקר חומרים שהתקיים באחרונה בשטרסבורג, צרפת, אומרים שתופעה זו, שהתגלתה בגבישים הדוממים של הנחושת-אינדיום דו-סלניד, מזכירה במידת מה תופעות המתחוללות במערכות ביולוגיות דינמיות. "עכשיו אנחנו מבינים כיצד תאי שמש העשויים נחושת-אינדיום דו-סלניד מצליחים להתקיים ולפעול ביעילות בתנאי הקרינה והשחיקה הסביבתית הקשה שבחלל החיצון. החומר הזה ניזוק מקרינת השמש, אבל לאחר מכן הוא, פשוט, מרפא את עצמו וחוזר לתפקד כמקודם".
 
תגלית זו עשויה לסייע בתכנונם של חומרים והתקנים אלקטרוניים, לרבות תאי שמש יעילים יותר, למטרות שונות.

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם