לומדים לשלוט באור
מדענים מהטכניון הגיעו להישג חשוב. הם למדו לנצל תכונה מוכרת של חלקיקי אור, כדי לשלוט בכיוון תנועתם. הגילוי מניח את המסד לתחום חדש, ספינאופטיקה, שיביא לנו מוצרי תקשורת ומידע מהירים ויעילים יותר. הכל התחיל במשחק טניס
גילוי חשוב של מדענים מהטכניון בחיפה מניח את המסד לתחום חדש לחלוטין – ספינאופטיקה. בתחום זה, ניתן יהיה לשלוט באור ברמת הננומטר (מיליארדית המטר) בעזרת שליטה על "הסחרור" (הספין) של הפוטונים, שהם החלקיקים נטולי המסה המרכיבים את גלי האור. היכולת לשלוט באור ברמה קטנה כל כך, תאפשר למהנדסים לפתח רכיבים אופטיים חדשים בסקאלה ננומטרית שיהוו תחרות וגורם משלים לרכיבים המבוססים על חשמל. "היזמים הגדולים בעולם, בתחום התקשורת והמידע, משקיעים את מיטב כספם בתחום של ננו-אופטיקה" אומר פרופ' ארז חסמן, העומד בראש המעבדה בטכניון שאחראית לגילוי.
הגילוי מתחיל, תאמינו או לא, במשחק טניס. "אני עוסק בננו-אופטיקה ובזמני הפנוי משחק טניס. יש במשחק הטניס דוגמה מצוינת לאפקט מוכר בפיסיקה שנקרא אפקט מגנוס. אם תיקח כדור ותסובב אותו על צירו, כאשר בו זמנית הוא נע קדימה, יפעל עליו כוח שמעלה או מוריד אותו. אם הכדור נע מימין לשמאל, ומסתובב נגד כיוון השעון, הרי הוא יעלה למעלה. אם הוא מסתובב סביב צירו נגד כיוון התנועה שלו, הוא ירד למטה. שחקני טניס או פינג-פונג משתמשים באפקט מגנוס כדי להקשית את הכדור וכך לעבור את הרשת. גם כדורגלנים משתמשים באפקט, כשהם בועטים בעיטות עונשין או קרנות". האפקט נקרא על שם הפיסיקאי הגרמני היינריך מגנוס, שהיה הראשון לנסח אותו, ב-1835.
תוך כדי משחק עלה על דעתו של חסמן, שמא יוכל להפעיל את אפקט מגנוס על חלקיקי האור. כפי שידוע לנו, באדיבותו של אלברט איינשטיין, האור הוא אמנם גל אך הוא גם מורכב מחלקיקים נטולי מסה הקרויים פוטונים, אשר נעים במהירות האור. לכל חלקיק כזה יש מה שנקרא "ספין" או "סחרור", ממש כמו סחרור של כדור הטניס סביב צירו. פרופ' ארז חסמן, ועמיתיו ד"ר קונסטנטין בליאוך, ד"ר ולדימיר קליינר, יורי גורודצקי ואבי ניב מהמעבדה למיקרו וננו-אופטיקה, הפקולטה להנדסת מכונות ומכון ראסל ברי למחקר בננו-טכנולוגיה, החליטו לבדוק האם ניתן לנצל את האינטראקציה בין הספין של חלקיק האור לבין התנועה שלו על מנת לשלוט בו.
"בניסויים שערכנו, הסתכלנו על התקדמות אור בסביבה לא הומוגנית וניסינו להשפיע על הספין של פוטונים על ידי יצירת קיטוב מעגלי שמאלי וימני לסירוגין. הקיטוב המעגלי משפיע על הספין וראינו בניסויים שכאשר נותנים לחלקיק ספין לכיוון כזה או אחר, ניתן לראות את חלקיקי האור מתפצלים זה מזה כמו בשיבולת" מסביר פרופ' חסמן. על ידי שליטה בספין הצליחו המדענים מהטכניון להזיז את המיקוד של אלומת אור, מבלי להזיז את האלומה עצמה, כאשר האפקט הודגם ברכיב אופטי ננומטרי. במקביל לניסויים, ניסחו המדענים תיאוריה שמסבירה את התופעה וחוזה את הישנותה. בתחילת השבוע הבא יתפרסמו ממצאיהם במאמר השער של כתב העת היוקרתי "נייצ'ר פוטוניקס".
"יש כאן תחום מחקר חדש - ספינאופטיקה" אמר פרופ' חסמן. "אנחנו יכולים לשלוט בפוטונים תוך ניצול האינטראקציה בין הספין של החלקיק לתנועה שלו, דבר שיאפשר לנו פיתוח רכיבים ננו-אופטיים חדשים. אני מאוד גאה בהישג וחשוב לי שאנשים ידעו שלמרות הקיצוצים והמשברים באקדמיה הישראלית, יש עדיין קבוצות של חוקרים בארץ שעושות מחקר משמעותי ברמה בינלאומית".
פרופ' ארז חסמן. כשהספורט פוגש במדע
באדיבות הטכניון
