ייצור ושליטה בגלי טרה-הרץ והקשר הישראלי

שיטה חדשה של יצור ושליטה בגלי טרה-הרץ (Terahertz) באמצעות חומרים ננומטריים פותחה במעבדה לננו אלקטרואופטיקה במחלקה לאלקטרוניקה פיזיקלית באוניברסיטת תל אביב. החוקרים, בראשותו של פרופ' טל אלנבוגן, אמרו כי הדבר יאפשר את פיתוחם המואץ של מגוון רב של יישומים חדשים וחיוניים בתחומי הרפואה, הטכנולוגיה, הביטחון ועוד. תוצאות המחקר התפרסמו בכתבי העת NATURE COMMUNICATIONS ו-NANO LETTERS ויוצגו בתחילת החודש הבא בכנס הבינלאומי לאופטיקה PHOTONICS WEST, שיערך בסן פרנסיסקו.

החוקרים הסבירו כי גלי טרה-הרץ הם גלים אלקטרומגנטיים באורכי גל קצרים מגלי מיקרו וארוכים מגלים בתחום האינפרה-אדום. פרופ' אלנבוגן אמר כי הקהילה המדעית יודעת כבר שנים רבות שיש חשיבות גדולה לגלים אלקטרומגנטיים בתחום הטרה-הרץ עקב האינטראקציה הייחודית שלהם עם חומרים. הוא הוסיף כי למשל, ניתן להשתמש בגלי טרה-הרץ כדי לזהות באופן מדויק חומרים שונים.

בנוסף, נכתב בהודעה של אוניברסיטת תל אביב, כי גלי טרה-הרץ יכולים לעבור דרך חומרים ועצמים שנראים אטומים באורכי גל אחרים, כך שניתן להשתמש בהם על מנת לגלות עצמים נסתרים ואפילו את הרכבם. אך, למרות החשיבות הגדולה של גלי הטרה-הרץ היכולת לייצר ולשלוט בגלים אלו מוגבלת מאוד ביחס לתחומי קרינה אחרים. המחקר החדש עושה שימוש במשטחים מהונדסים בסקאלה ננומטרית, הנקראים מטא-משטחים, המאפשרים ייצור ושליטה חסרת תקדים בגלי טרה-הרץ. משטחים אלו יוצרו במרכז הננו של אוניברסיטת תל אביב, בשיטות ננוטכנולוגיה מתקדמות.

(מימין לשמאל): פרופ' טל אלנבוגן, מאי טל ושי קרן-צור (צילום: אוניברסיטת תל אביב)

באוניברסיטת תל אביב הוסיפו כי במסגרת התהליך ייצרו החוקרים משטחים מרוצפים באנטנות ננומטריות מזהב (ננומטר שווה ערך למיליארדרית המטר), הקולטות ביעילות אור מלייזרים בעלי פולסים קצרים מאוד בזמן, ובתהליך של המרת אנרגיה משדרות במקומם פולסים של קרינת טרה-הרץ. על ידי שליטה באנטנות על גבי המטא-משטח הראו החוקרים שניתן לעצב את צורתו המרחבית והזמנית של פולס הטרה-הרץ, שנוצר בצורה שלא ניתנת להשגה באמצעים הקיימים עד כה. פרופ' אלנבוגן הוסיף: "ההדגמה שעשינו במעבדה פורצת דרך, מכיוון שהשימוש בחומרים ננומטרים והיכולת לייצר מהם אור בצורה נשלטת, מוסיפים כלים טכנולוגיים חשובים ויכולות חדשות ולוקחים את המחקר בתחום צעד גדול קדימה".

פרופ' אלנבוגן הוסיף כי "היכולת לשלוט באופן מושלם בצורה המרחבית ובמאפיינים נוספים של גלי הטרה-הרץ, כפי שהודגם במחקר, מאפשרת את יישומן ופיתוחן של שיטות דימות מתקדמות, מיקרוסקופיה וספקטרוסקופיה חדשות. כך לדוגמה, ניתן יהיה לזהות מרחוק וללא שימוש בבדיקות מעבדה כימיות הרכב חומרים שונים ואת המבנה המרחבי שלהם בצורה טובה יותר. יתאפשר למשל זיהוי תרופות מזויפות בקלות וכן זיהוי של חומרי נפץ". המחקר זכה למימון של סוכנות ה-ERC (European Research Council) היוקרתית למענקים מחקריים של האיחוד האירופי. כמו כן, משרד המדע והטכנולוגיה השתתף במימון חלקי של המחקר.

פרט לפרופ' אלנבוגן השתתפו במחקר הסטודנטים שי קרן-צור ומאי טל מהמעבדה של פרופ' אלנבוגן, בשיתוף עם פרופ' דניאל מיטלמן מאוניברסיטת בראון בארה"ב וד"ר שר-לי פליישר, חוקר בביה"ס לכימיה באוניברסיטת תל אביב.