הינך נמצא כאן

רגיש, לא ספונטני

26.11.2013

 

מימין: ד"ר יונתן אנהורי, פרופ' אלי זלדוב, וליאור אמבון. יישום יעיל

מדעני מכון ויצמן למדע עשו צעד חשוב לקראת הבנת התופעה המרתקת של מוליכות-על: הם הצליחו ליצור את התקן ה-SQUID (התקן המשמש למדידת שדות מגנטיים) הקטן ביותר אי-פעם, אשר שובר את שיאי הרגישות והרזולוציה. רגישות ההתקן, המכונה "ננו-SQUID על מחט", היא כה גבוהה, עד שהוא מסוגל להבחין בשדה המגנטי של אלקטרון בודד – ה"גביע הקדוש" של תחום הדימות המגנטי.
 
מוליכות-על היא תופעה קוונטית המתרחשת בטמפרטורות קיצוניות ביותר. כאשר חומרים מסוימים מקוררים לטמפרטורות נמוכות מאוד, מתרחש ה"קסם": הם מאבדים את כל ההתנגדות למעבר זרם חשמלי דרכם, ודוחים מתוכם שדות מגנטיים. תכונות יוצאות דופן אלה מאפשרות, בין היתר, את בנייתן של רכבות המרחפות באוויר, האצת חלקיקים למהירות הקרובה למהירות האור, וסריקת גוף האדם במכשירי
MRI לצורכי איבחון וטיפול רפואי מוליכי-על מהווים גם את הבסיס ליצירת התקני SQUID (ראשי תיבות של Superconducting QUantum Interference Device), המאפשרים לחקור את התופעה של מוליכות-העל. למרות שהתגלו לפני למעלה מ-100 שנה, מדענים עדיין אינם מבינים במלואה את הפיסיקה העומדת בבסיסם של מוליכי-על.
 
בניגוד למיקרוסקופיה אופטית, המתבססת על קרני אור ועדשות לצורך הגדלה של דוגמאות קטנות, המיקרו-סקופיה הסורקת פועלת באמצעות גשוש (probe) כלשהו המוזז על פני הדוגמה, כדי למדוד תכונה מסוימת בנקודות שונות. דוגמה לכך היא יצירת מפה תרמית של כף היד באמצעות הזזת מד-חום ומדידת הטמפרטורה במספר נקודות על פניה. במקרה זה, הגשוש הוא ננו-SQUID המודד את עוצמת השדה המגנטי בנקודות שונות על פני דוגמה.
 
התקן ה-SQUID
מלבד אתגר הרגישות הנדרשת מה-SQUID, כדי להפיק דימות באיכות גבוהה יש להתגבר גם על מספר אתגרים גיאומטריים. כדי להשתמש ב-SQUID כגשוש לצורך סריקה, יש להתגבר על שתי מגבלות טכניות: עליו להיות קטן ככל האפשר לצורך קבלת רזולוציה גבוהה של הדמיה, ועליו להתקרב לדוגמה ככל האפשר.
 
החוקרים הבתר-דוקטוריאליים ד"ר יונתן אנהורי וד"ר דניס וסיוקוב, תלמיד המחקר ליאור אמבון, ועמיתים נוספים מקבוצתו של פרופ' אלי זלדוב, במחלקה לפיסיקה של חומר מעובה, הצליחו להתמודד עם האתגר – כפי שדווח באחרונה בכתב-העת המדעי Nature Nanotechnology. המדענים יצרו מערכת ייחודית: הם לקחו צינור זכוכית, התיכו ומשכו אותו עד לקבלת חוד דק – הצורה הגיאומטרית האידיאלית עבור מיקרוסקופיה סורקת. לאחר מכן הצליחו לייצר התקן SQUID על הטבעת שבקצה החוד, שקוטרה 46 ננומטר בלבד – נתון שהופך אותו ל-SQUID הזעיר ביותר שיוצר עד כה. את צינור הזכוכית עם ההתקן בקצהו הדביקו לקולן ("מזלג") קוורץ, ובנו מיקרוסקופ סורק המאפשר לקבל הדמיות מגנטיות ממרחק של ננומטרים ספורים מהדוגמה.
 
 
התקני SQUID יוצרו עד כה באמצעות תהליכי ליטוגרפיה על גבי שבבי סיליקון שטוחים. שיטה זו מגבילה את מיזעורם של ההתקנים, ואת היכולת לקרבם לדוגמה. "אצלנו נוצרה, למעשה, בעיה הפוכה – איך למנוע מהגשוש להתקרב אל הדוגמה יתר על המידה, ו'להתרסק'", אומר ליאור אמבון. "קיימים אמנם סורקי SQUID בעלי רגישות גבוהה יותר לשדות מגנטיים אחידים, אולם השילוב של הרגישות הגבוהה, היכולת לקרב את הגשוש לדוגמה, וממדיו הזעירים, הוא זה שמאפשר לנו לשבור את שיאי הרזולוציה, הדיוק והרגישות".
 
מיקרוסקופ אלקטרונים סורק בו מותקן ה-SQUID
כבר כעת מתברר, כי המכשיר הייחודי הוא כלי מחקרי רב-עוצמה: הוא משמש לבחינת הדינמיקה של מערבולות מגנטיות במוליכי-על, ושל מגנטיזם קוונטי בסדר גודל ננו-מטרי – תחום המחקר העיקרי של פרופ' זלדוב. המדענים מקווים, כי הוא יאפשר לא רק הבנה טובה יותר של מוליכות-על, הדרושה לשם יישום יעיל יותר של התופעה, אלא גם יוביל לתובנות חדשות בנוגע לתופעות פיסיקליות ייחודיות אחרות. באופן לא צפוי, ה-SQUID התגלה כמכשיר בעל יכולות מגוונות, המסוגל לחקור מערכות וחומרים אחרים, מלבד מוליכי-על. אומר ליאור אמבון: "כבר עתה נוצר תור של מדענים ממכון ויצמן למדע וממוסדות בחו"ל, המעוניינים בשיתוף פעולה אקדמי למדידת התכונות המגנטיות של דוגמאות שונות ברמה הננו-מטרית".
 
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם