מדע וחדשנות |

היום שבו דברים ייעלמו בעזרת ננו-טכנולוגיה

האם אפשר לרמות את העיניים עד כדי העלמת גופים העומדים מולנו? ברור, אומרים המדענים. הבעיה שזה יקרה כשנתחיל לראות דגים עפים, עוד תופעה פיזיקלית שכבר קיימת - בתיאוריה

ערן דינר
שתפו כתבה במיילשתפו כתבה במייל
מעבר לטוקבקים
ערן דינר

המשקה הסגלגל של דוקטור קתרוס, שהעניק לדנידין את היכולת להפוך לרואה ואינו נראה, הילך קסם על דורות של ילדים; כיום ילדים מתעטפים בסדינים ומדמיינים שזוהי גלימת ההיעלמות מספרי הארי פוטר. גם ספרות המדע הבדיוני למבוגרים ניסתה לתאר טכנולוגיה שמאפשרת להעלים חפצים ואנשים מהעין - ואולם השגת יכולת כזאת בפועל נראתה תמיד דמיונית, אולי בגלל שהיא קוראת תיגר על עצם תפיסת המציאות האנושית. האם זה עומד להשתנות? בשנים האחרונות מדענים משיבים לשאלה זו ב”כן” מהדהד.

כמו בתחומים אחרים שבהם הבלתי אפשרי של אתמול הוא המובן מאליו של מחר, מונח המפתח כאן הוא ננו טכנולוגיה, וליתר דיוק, עריכת מניפולציה על אור באמצעות מכשירים זעירים עד כדי כך, שהם קטנים מגל האור עצמו. “כדי להבין איך זה עובד, צריך קודם כל להבין מה זה אור”, מסביר בן מעוז, דוקטורנט לכימיה פיזיקלית במרכז לננו מדעים וננו טכנולוגיות באוניברסיטת תל אביב. “אור הוא גל אלקטרומגנטי שיש לו רכיב חשמלי ורכיב מגנטי. אורך הגל, במקרה של אור נראה, נע בטווחים של מאות ננו מטרים (ננו מטר אחד הוא אלפית מיליונית המטר, כחמישה אטומים המסודרים בשורה). אור שפוגע בחומר אחיד יכול להיבלע בתוכו, לעבור דרכו או להיות מוחזר ממנו. האופן המדויק שבו זה קורה קשור באורך הגל של גוון האור המסוים, ובתכונות הפיזיקליות־כימיות של החומר שבו הוא פוגע.

מתרגל היעלמות. דניאל רדקליף הצעיר בדמותו של הארי פוטר

“כשמדברים על להפוך משהו לבלתי נראה, הפרמטר הרלוונטי הוא מקדם השבירה של חומר מסוים, שקובע באיזו זווית ינוע גל האור אחרי המפגש שלו עם אותו חומר. לכל חומר יש מקדם שבירה משלו - קל להבין את זה למשל כששמים עיפרון בתוך כוס מים - הוא נראה כאילו הוא נשבר והסיבה היא שגלי האור נשברים במעבר בין האוויר למים. מקדם השבירה של חומר נקבע לפי שני משתנים: מידת ההיענות שלו לשדה מגנטי, ומידת ההיענות שלו לשדה חשמלי”.

זאת אומרת שאם נשלוט במידת ההיענות הזאת נוכל לשלוט גם במקדם השבירה?
“בדיוק. לכל החומרים ביקום יש מקדם שבירה חיובי וגדול מ־1. בשנות ה־60, הציע הפיזיקאי הרוסי ויקטור וסלאגו לבדוק תיאורטית מה קורה כשאור עובר בחומר בעל מקדם שבירה שלילי, ואז התברר שבמצב כזה, שהיה היפותטי לגמרי, האור מתנהג בצורה מוזרה מאוד - בניגוד לכל חוקי הפיזיקה המוכרים. נניח שאתה מסתכל על בריכה שיש בה דג. אם מי הבריכה הזאת היו בעלי מקדם שבירה שלילי, היית רואה את הדג עף מעל למים. האור לא מתנהג כמו שאתה רגיל, ובצורה די קיצונית.

“הבעיה היא שאין בעצם חומר כזה בטבע. הדרך להשיג דבר כזה היא על ידי שימוש במטא חומרים, שנקראים גם ‘חומרי על’. אלה חומרים שהתכונות שלהם נובעות לא רק מאטומי החומר עצמו אלא גם מהצורה הגיאומטרית שבה הם מעוצבים בממדים ננומטריים. הסיבה לכך קשורה לאופן שבו הצורה מגיבה לשדה חשמלי. אמרנו שלמקדם שבירה יש מרכיב חשמלי ומרכיב מגנטי. כדי לקבל מקדם שבירה שלילי שני הרכיבים הללו צריכים להיות שליליים, והסיבה שזה לא קיים היא שאין ביקום חומרים שבהם הרכיב המגנטי הוא שלילי. אבל נוכל לאלץ את הרכיב המגנטי להיות שלילי אם נבנה חומר מחלקיקים מתכתיים קטנים בצורת סליל, או מבנה דומה.

ננו מבנים מזהב כפי שצולמו באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM). גודל כל מבנה הוא כ־400 ננומטר (0.0000004 מטר)

אם נניח שאפשר לבנות מטא חומר שבנוי מסלילים קטנים כאלה - מעין ‘אטומים מלאכותיים’ שמאפשרים להשיג את מה שתכונות האטומים הרגילים לא מאפשרות - אז החומר הזה יהיה בעל מקדם שבירה שלילי עבור גווני אור מסוימים, ובין השאר יאפשר להפוך דברים לבלתי נראים מזוויות מסוימות ובצבעי אור מסוימים”.

איך שולטים באור כך שהופכים עצם או אדם לבלתי נראה?
“הנה דוגמה: אם יש לי עט, ויש מקור אור שמטיל אור על העט, מה קורה? אתה רואה את העט, ואת הצל שהעט עושה. אבל אם העט יהיה עטוף בחומר עם מקדם שבירה שלילי – הוא לא צריך להיות עשוי ממנו בעצמו, רק עטוף ב’גלימת היעלמות’ שעשויה מחומר כזה - אתה לא תראה את העט ולא את הצל. למה? מפני שלנוכח מה שידוע על התנהגות גלים אלקטרומגנטיים, ואחרי שמציבים את כל המספרים ועושים את כל המניפולציות המתמטיות, מתברר שההתנהגות של גלי האור במצב כזה היא שהם עוקפים את החומר וממשיכים הלאה. החישובים מנבאים שזה כך. העניין, כמו שאמרתי קודם, הוא שאי אפשר כרגע לייצר דבר כזה, כי אנחנו מוגבלים בגדלים שביכולתנו לייצר. כדי לאפשר שליטה באור, הננו־סלילים צריכים להיות קטנים מאוד וצפופים מאוד. קטנים מאורך הגל של האור, כלומר, מ־100 ננומטר בערך. פה אנחנו נכנסים לתמונה.

“אחרי שמציבים את כל המספרים, מתברר שגלי האור עוקפים את החומר וממשיכים הלאה", בן מעוז

“האתגר שלי ושל הקבוצה שאני משתייך אליה, בהנחייתו של ראש בית הספר לכימיה, פרופ’ גיל מרקוביץ’, הוא לייצר מעין ננו־סלילים כאלה. אנחנו מנסים לייצר אותם מזהב או מכסף, ועושים זאת באמצעות שיטות ייצור כימיות מתוחכמות. אנחנו מייצרים צורות כאלה ובודקים איך האור מגיב אליהן במעבר דרכן. המחקר מתמקד בצורות שאינן סימטריות, כגון סלילים, מפני שהתיאוריה מנבאת שכך קל יותר להשיג את האפקט של מקדם השבירה השלילי”.

האם ניתן להניח שנראה משהו כזה בשנים הבאות?
“בינתיים לא. הצליחו לייצר חומרים כאלה עבור אורכי גל ארוכים, למשל של רדיו ומיקרוגל, ואחת לכמה שנים יש קפיצה בגודל שאליו מגיעים. ב־2006 כבר הגיעו גם למיקרונים בודדים וכיום הראו במעבדה שאפשר להשיג את זה באורך גל של אינפרה אדום, שזה גבול האור הנראה.

“התחום הזה מאוד סקסי וצבאות ומדינות משקיעים המון כספים בניסיונות לייצר דברים כאלה. יכול להיות אפילו שלארצות הברית או לסין כבר יש את הטכנולוגיה הזאת ואנחנו לא יודעים. ככל הידוע לקהילה המדעית, בכל אופן, זה עדיין לא הושג”.

הכתבה מתפרסמת בגיליון יולי של מגזין TheMarker

למנוי למגזין, חייגו: 5200*

תגובות

הזינו שם שיוצג באתר
משלוח תגובה מהווה הסכמה לתנאי השימוש של אתר TheMarker