פריצת דרך במיקרוסקופיה: טכנולוגיה חדשנית שפותחה בטכניון מאפשרת מדידה בזמן אמת של "גלי רפאים" - גלי אור הכלואים על פני משטחים. המחקר, שערכו חוקרי הטכניון מהפקולטה להנדסת חשמל ע"ש ויטרבי, פורסם אמש (יום ב') בכתב העת Nature Photonics. את המחקר הובילו פרופ' גיא ברטל, ראש המעבדה למחקר פוטוני מתקדם, והדוקטורנט קובי פרישווסר. במאמר שותפים קובי כהן, שי צסס, יעקב ח'יר-אלדין ושמעון דולב.
"גלי רפאים" אינם יכולים להתגלות בשיטות מיקרוסקופיה סטנדרטיות, מפני שהאנרגיה שלהם זורמת על פני השטח ואינה יכולה לפרוץ החוצה לעבר גלאי המיקרוסקופ. למעשה, הסבירו החוקרים, זהו עקרון פיסיקלי בסיסי המגביל את כושר ההפרדה של מיקרוסקופ לכמחצית גודלו של חלקיק אור.
שיטת המיקרוסקופיה הסורקת את השדה הקרוב למשטח (Near-field scanning optical microscopy) פותחה כדי לגלות גלים אלה והפכה בעקבות זאת לכלי משמעותי בחקר חומרים, אינטראקציות אור-חומר ודגימות ביולוגיות. מיקרוסקופים כאלו מסוגלים לצלוח את אותה מגבלה ובכך לספק יכולת הפרדה מרחבית גבוהה עד פחות ממיליונית המילימטר. שיטות מיקרוסקופיית השדה הקרוב התפתחו במהלך השנים וכיום הן משלבות גם שיטות מתקדמות המבוססות על ירי אלקטרונים על פני השטח.
ועדיין, מיקרוסקופיית השדה הקרוב, כמו גם מיקרוסקופיית האלקטרונים המספקת מידע דומה, סובלות מכמה חסרונות שהבולט שבהם הוא המגבלה על הצגת התמונות בזמן אמת, יכולת הכרחית לאיפיון ההתפתחות-בזמן של תופעות מזעריות.
כעת, במאמר ב-Nature Photonics, מציגים חוקרי הטכניון גישה מחקרית חדשה למיקרוסקופיית שדה-קרוב המאפשרת, בין היתר, להתמודד עם אתגר זה בעזרת תופעת ערבוב גלים באופטיקה אי-לינארית (Nonlinear wave-mixing) - תחום מחקר פורה שמקורו בהמצאת הלייזר בשנות ה-60. באמצעות ירי של אלומת אור רחבה לתוך המשטח הצליחו חוקרי הטכניון לשחזר במלואו את השדה האלקטרומגנטי של אותם גלי רפאים ואף הדגימו את יישומה של טכנולוגיה זו בניטור שינויים בשדה זה.
2 צפייה בגלריה
פרופ' גיא ברטל - ראש המעבדה למחקר פוטוני מתקדם בפקולטה להנדסת חשמל ע"ש ויטרבי
(צילום: דוברות הטכניון)
המחבר הראשי במאמר, קובי פרישווסר, אמר: "התגלית התרחשה כשעבדתי בכלל על פרויקט אחר – יצירת גלי רפאים ייחודיים באמצעות אופטיקה לא ליניארית. במהלך העבודה הבנתי שתהליך היצירה הוא הפיך, כלומר, ככל שניתן לייצר גלים כאלה בתהליך לא ליניארי, כך ניתן גם לקרוא אותם לגלאי המיקרוסקופ ובכך בעצם לפתור את אותה בעיה ישנה של מיפוי גלי שטח - בזמן אמת".
"בתהליך האמור נוצר אור בצבעים שונים המספק לנו מידע על אותם גלים שנשארו צמודים לפני השטח", הוסיף פרופ' ברטל. "לעומת השיטות המקובלות האחרות, הטכניקה החדשה שפיתחנו אינה דורשת מכשור ייחודי – די במקור לייזר מספיק חזק וברכיבים אופטיים סטנדרטיים. אנחנו מאמינים שמוסדות וגופים נוספים יחברו אלינו לטובת תרגום מהיר של הטכנולוגיה הזאת ליישומים מסחריים".
במחקר תמכו הקרן הישראלית למדע (ISF), מכון ראסל ברי לננוטכנולוגיה בטכניון והאקדמיה הלאומית למדעים (מלגת אדמס לדוקטורנט שי צסס) ומלגת ות"ת (לדוקטורנט יעקב ח'יר-אלדין).
