חוקרי הטכניון השיגו שליטה בזרם אלקטרונים בעזרת פולסי לייזר במיקרוסקופ מנהור
חוקרי הטכניון הדגימו שליטה בזרם אלקטרונים בתוך מיקרוסקופ מנהור סורק בעזרת פולסי לייזר בשני צבעים. כל פרץ זרם ארך כ-860 אטו-שניות. המיקרוסקופ שמר בזמן הזה על הפרדה של כשני ננומטר.
מיקרוסקופ מנהור סורק מאפשר לראות משטחים ברמת האטומים הבודדים. הוא עושה זאת בעזרת מחט חדה מאוד שמרחפת מעל הדגם. בין חוד המחט לדגם עוברים אלקטרונים. הזרם הזעיר הזה חושף את מבנה המשטח. כעת חוקרים מהטכניון הראו שאפשר לקבוע את כיוון הזרם הזה באמצעות האור עצמו.
בראש המחקר עמד פרופ' מיכאל קריגר מהפקולטה לפיזיקה בטכניון. לצדו עבדו הסטודנטים דניאל דוידוביץ' ובויאנג מה מקבוצתו, וכן ד"ר עדי גולדנר מצוות המעבדה. בנוסף השתתף בעבודה הפיזיקאי התאורטי אנדריי בוריסוב מ-CNRS ומאוניברסיטת פריז-סקליי. המאמר ראה אור בכתב העת Nature Photonics.
שליטה בזרם אלקטרונים בעזרת צורת גל האור
החוקרים שלחו פולסי לייזר באינפרה-אדום אל המרווח שבין חוד המחט לדגם. כל פולס הכיל שני צבעים של אור. כאשר החוקרים שינו את התזמון היחסי בין שני הצבעים, צורת גל האור השתנתה. כתוצאה מכך האלקטרונים זרמו מהחוד אל הדגם, או בכיוון ההפוך.
לשיטה יש יתרון חשוב. החוקרים לא הדליקו וכיבו את הלייזר, אלא רק שינו את התזמון בין הצבעים. כך הם הצליחו להפריד בין הזרם המהיר לבין רעש שמקורו בחימום שהלייזר גורם. לפי המאמר, המדידות היו חפות מתופעות לוואי תרמיות.
מה המדידות הראו
החוקרים השוו את המדידות לכמה מודלים תאורטיים. לפי ההשוואה, כל פרץ זרם ארך כ-860 אטו-שניות. אטו-שנייה היא מיליארדית של מיליארדית השנייה. כלומר, הפרץ קצר ממיליונית של מיליארדית השנייה. בפרק זמן כזה אפילו אור עובר רק כ-260 ננומטר.
המודלים מרמזים על תהליך בשלושה שלבים. תחילה שדה האור מנמיך את המחסום שהאלקטרונים צריכים לחצות. לאחר מכן הוא מאיץ אותם. לבסוף הוא דוחף אותם אל פני השטח.
בנוסף, המיקרוסקופ שמר על הפרדה צידית של כשני ננומטר. הוא גם זיהה שינויי גובה קטנים מאנגסטרום אחד, כלומר פחות מעשירית הננומטר. זהו בערך סדר הגודל של אטום בודד. המכשיר פעל בטמפרטורת החדר ובאוויר רגיל.
שנים של ניסוי וטעייה
הדרך למדידות אמינות ארכה שנים. לדברי ד"ר גולדנר, "בדקנו שלוש מערכות לייזר שונות ובנינו מחדש את המערך האופטי פעמים רבות". פרופ' קריגר סיכם: "סוף סוף יכולנו להוכיח מעבר לכל ספק שאנחנו מסוגלים לשלוט בכיוון הזרם".
המחקר הנוכחי מבסס שליטה בזרם אלקטרונים בתוך המרווח הננומטרי של המיקרוסקופ. לעומת זאת, יישומים באלקטרוניקה עתידית שהאור שולט בה הם לפי החוקרים יעד למחקר המשך. את העבודה מימנו המועצה האירופית למחקר (פרויקט ATTIDA), הקרן הלאומית למדע ומרכז הלן דילר לקוונטים בטכניון.
שאלות ותשובות
מהו מיקרוסקופ מנהור סורק?
זהו מכשיר שמעביר מחט חדה מאוד מעל משטח. אלקטרונים עוברים בין המחט למשטח בתהליך קוונטי בשם מנהור. עוצמת הזרם משתנה עם המרחק. כך המכשיר משרטט את פני השטח ברמה האטומית.
מה החידוש במחקר?
החוקרים קבעו את כיוון הזרם רק באמצעות צורת הגל של האור. הם עשו זאת תוך שמירה על הפרדה ננומטרית, בטמפרטורת החדר ובאוויר.
כמה קצר פרץ הזרם?
לפי ההשוואה למודלים, כ-860 אטו-שניות. זה פחות ממיליונית של מיליארדית השנייה.
האם יש לכך כבר שימוש מעשי?
עדיין לא. לדברי החוקרים, יישומים באלקטרוניקה מבוססת אור הם מטרה למחקר עתידי.
המאמר המדעי
Attosecond current control and timing in a scanning tunnelling microscope, Nature Photonics, 2026
עוד בנושא באתר הידען
KioskNews shows a cleaned-up reading view extracted from the publisher’s page — the original always lives on their site, not ours.