חוקרים מאוניברסיטת תל אביב יצרו מערכת הדמיה אולטרה-מהירה, שבאמצעותה הצליחו החוקרים לחזות בהתנהגות של חלקיקים הנקראים "פולריטונים" - חלקיקים שנוצרים מ"ערבוב" של אור וחומר. לראשונה הצליחו להסריט את החומרים הללו ולהבין את התנהגותם המיוחדת: ככל שהם מכילים יותר "אור" כך הם מהירים ויעילים יותר.
לדברי החוקרים, התגלית עשויה לשמש ככלי פורץ דרך בעולמות הפקת האנרגיה סולארית, עיבוד מידע ועוד. המחקר נערך בהובלת ד"ר טל שוורץ, ראש המעבדה לחקר ננואופטיקה מולקולרית, וד"ר באלה מוקונדהקומר מהמחלקה לכימיה פיזיקלית בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר. המחקר פורסם בכתב העת Nature Materials.
פוטונים הם חלקיקי אור, הנעים בצורה חופשית ובמהירות עצומה של כ-300 אלף ק"מ לשנייה. לפי תורת הקוונטים ניתן "לערבב" חומר עם פוטונים על ידי שימוש במבנים מלאכותיים וליצור יצור כלאיים הנקרא "פולריטון". לפני כעשור התגלה שניתן להשתמש בפולריטונים על מנת לשלוט בתכונות של חומרים ובתהליכים כימיים.
במחקר הנוכחי, החוקרים פיתחו מערכת אופטית ייחודית על מנת לחקור האם ניתן לנצל את הערבוב עם האור להגברת תהליכי הולכה אלקטרונית בחומרים, וגילו תכונה מעניינת: ככל שיש אחוז גבוה יותר של אור בפולריטון, כך תנועתו במרחב הופכת להיות יעילה ומסודרת יותר, אך מכיוון שעדיין יש לו אופי "חומרי", ניתן להשתמש בו לצורך תהליכים אלקטרונים בהתקנים שונים.
ד"ר שוורץ הסביר: "במערכת שבנינו, ישנו משטח לוכד פוטונים ועליו שכבת מולקולות. כאשר יורים קרן לייזר למשטח, ניתן ליצור את אותם פולריטונים בנקודה ספציפית וכן לצפות בתנועתם על המשטח. עד כה, חוקרים צילמו בצורה סטטית את המתרחש, כך שהם יכלו לומר שיש תנועה במשטח אך לא היה בידם מידע נוסף לגבי אופן התנועה או מהירותה. במחקרנו, פיתחנו מערכת אופטית מיוחדת שאיפשרה לנו לצפות בתנועה באופן דינמי וליצור מעין סרט וידאו בקצב מהיר ביותר".
החוקר מאוניברסיטת תל אביב הוסיף: "לצורך ההשוואה, במצלמת וידאו רגילה רואים 30 תמונות בשנייה, ואצלנו יותר ממיליון בריבוע תמונות בשנייה. באמצעות כך הצלחנו למדוד בצורה ישירה את מהירות ההתקדמות של הפולריטונים וכן לזהות לראשונה מעבר בין שני סוגי תנועה שונים: כאשר פולריטון מכיל מעט אור, טווח התנועה שלו אכן מוגבר בכמה סדרי גודל ביחס למצב הטבעי בחומר, אך הוא נע באופן המכונה 'תנועה דיפוסיבית', כלומר תנועה המלווה בפיזורים אקראיים המובילים לשינויים תכופים בכיוון ההתקדמות ולכן יעילות תנועה מוגבלת.
"מצד שני, כאשר הפולריטון מכיל כמות גבוהה של אור, הוא מצליח 'להתגבר' על אותם פיזורים, כך שמופיעה תנועה המכונה 'תנועה בליסטית'- תנועה מסודרת במהירות קבועה, אשר מגיעה ל-2/3 ממהירות האור. האופי המשולב של הפולריטונים מאפשר מצד אחד מהירות גבוהה ומעבר של מרחקים ארוכים פי מיליון מסקלת המרחק המולקולרית, תוך כדי איבודי אנרגיה פחותים, ומצד שני אינטראקציות אלקטרוניות המאפשרות שליטה והמרה של האור לאנרגיה האגורה בחומר".
ד"ר שוורץ הוסיף: "אנו מצפים להשפעה בתחומים שונים, למשל בתחום התאים הסולריים. שם, אנרגית השמש נבלעת באזור אחד בהתקן ולאחר מכן צריכה לעבור לאזור אחר בו היא מומרת לאנרגיה חשמלית. בדרך כלל תהליך זה הוא איטי ומוגבל בטווח על פניו הוא מתרחש, דבר אשר פוגם ביעילות התא הסולרי. באמצעות פולריטונים ניתן יהיה להעביר את האנרגיה ביעילות רבה יותר ולנצל באופן מיטבי את אנרגיית השמש. דוגמה נוספת היא התקנים אלקטרואופטיים אשר משמשים לתקשורת אופטית ועיבוד מידע. שימוש בפולריטונים יכול להאיץ את קצבי העבודה ולהוריד באופן משמעותי את התנגדות החומרים המשמשים בהתקנים אלו, כך שנצטרך להשקיע פחות אנרגיה בהפעלתם".
במחקר השתתפו הסטודנטים אריה סימחוביץ' וגל סנדיק, ד"ר עדינה גולומבק וד"ר גיא אנקונינה.
