אלקטרוניקה אורגנית

חוקרים במכון ויצמן בוחנים מספר אפשרויות למולקולות אורגניות מוליכות למחצה לאחר שמדענים אחרים כבר עשו מאמצים רבים בכיוון ולא הצליחו
.

מדענים רבים ברחבי העולם מחפשים את הדור הבא של האלקטרוניקה לאחר שברור כי עידן הסיליקון, בדרך זו או אחרת מתקרב לקיצו. מסתבר שגם באקדמיה ישראלית עושים צעדים בכיוון הזה, ואולי מפה תצא הטכנולוגיה פורצת הדרך הבאה, כפי שעולה לפחות מביקור באחת המעבדות במכון ויצמן.

שרשרות של אטומי פחמן עומדות בבסיס הטכנולוגיה של החברה האנושית המתקדמת. הן מרכיבות את החומרים הפלסטיים, ומצויות בתרופות, במוצרי איפור, בחומרי ציפוי, ובזמן האחרון גם בתאי שמש ובמצגים אלקטרוניים – כיחידות אורגניות הקולטות או פולטות אור. התחום ההולך ומתפתח של האלקטרוניקה האורגנית (כלומר, זו שמשתמשת בשרשרות פחמן) מבוסס על מולקולות ייחודיות עשויות ממספר טבעות הכוללות אטומי פחמן, אשר מסוגלות להוליך חשמל או לתפקד כמוליכים למחצה.

יתרונותיהן של שרשרות הפחמן – עלות הייצור הנמוכה שלהן, נוחות השימוש בהן, והאפשרות לבנות מהן התקנים זעירים ולהתאים אותן לשימושים רבים – יצרו להן ביקוש רב. לכן, מדענים מחפשים ללא הרף אחר סוגים חדשים של מולקולות אורגניות בעלות תכונות חשמליות, בעיקר כאלה שעשויות להציע אפשרויות חדשות לתעשיית האלקטרוניקה ולתעשיות נוספות.ד"ר מיכאל בנדיקוב מהמחלקה לכימיה אורגנית שבפקולטה לכימיה במכון ויצמן למדע, ותלמיד המחקר מקבוצתו, אורי גדרון, הצליחו לפתח משפחה חדשה של מולקולות אורגניות מוליכות למחצה. "זו באמת הייתה הפתעה", אומר ד"ר בנדיקוב, "במיוחד לנוכח העובדה שמדענים אחרים כבר עשו מאמצים רבים לייצר את המולקולות האלה – ונכשלו.
המשימה נחשבה לבלתי-אפשרית".כל המולקולות האורגניות המוליכות חשמל מצייתות לאותו כלל בסיסי: אטומי הפחמן נקשרים זה לזה בקשרים כימיים המסוגלים להתחלף בין קשר יחיד לקשר כפול. בנוסף, אורך השרשרת המינימלי האפשרי הוא שש טבעות – זהו האורך הקטן ביותר המאפשר הולכת חשמל באופן מהימן. בסוג נפוץ אחד של מולקולה אורגנית מוליכה למחצה, כל טבעת בשרשרת מכילה, לצד אטומי הפחמן, גם אטום אחד של גופרית.
כימאים שונים ניסו להחליף את הגופרית ביסודות אחרים, בניסיון ליצור מולקולות בעלות תכונות חדשות. אפשרויות ההחלפה מוגבלות למספר קטן של יסודות הסמוכים לגופרית בטבלת היסודות המחזורית. הכימאים סברו כי החמצן – אשר נקשר למולקולות באופן דומה לגופרית – יהווה תחליף קל ופשוט. למרבה הצער, השרשרות שהצליחו לקבל הכילו רק חמש טבעות, או פחות מכך – אורך שאינו מאפשר לשרשרות לתפקד כמוליכים למחצה. כל הניסיונות להפיק שרשרות ארוכות יותר הפיקו מולקולות בלתי-יציבות.
יחד עם ד"ר יעל דיסקין-פוזנר, מהמחלקה לתשתיות למחקר כימי שבפקולטה לכימיה במכון ויצמן למדע, שסייעה בפיענוח המבנה של המולקולות החדשות, הצליחו ד"ר בנדיקוב וגדרון לייצר מולקולות אורגניות מוליכות למחצה המבוססות על חמצן, אשר מכילות תשע טבעות ובכל זאת מצליחות לשמור על יציבותן. תגליתם התפרסמה באחרונה בכתב העת Journal of the American Chemical Society מחקרים ראשוניים של המולקולות האלה מצביעים על מספר תכונות ייחודיות. כך, לדוגמא, הן פלואורוסנטיות – זוהרות בצבעים שונים כשמאירים אותן באור פשוט. בנוסף, הן מסיסות ונוחות לעבודה – תכונות שימושיות ליישומים תעשייתיים רבים. תכונה נוספת של המולקולות החדשות עשויה להיות בעלת ערך רב במיוחד: נראה כי הן ידידותיות לסביבה הרבה יותר מסוגים אחרים של מולקולות אורגניות מוליכות למחצה. ד"ר בנדיקוב סבור, בשלב זה, כי לאחר השימוש הן יתפרקו ביעילות ובתנאים טבעיים, אך נדרשים ניסויים נוספים כדי לבדוק את הנושא. הבסיס להנחה שלו הוא העובדה שגרסאות קצרות יותר של המולקולות האלה קיימות בטבע, והן מתפרקות בתנאים טבעיים. לכן, ייתכן שאפשר להפיק מולקולות כאלה משאריות צמחים, במקום מדלקים מאובנים בלתי-מתחדשים – כפי שנהוג כיום.
המולקולות החדשות כבר מעוררות עניין רב בקרב מדענים. בינתיים, ד"ר בנדיקוב וחברי הצוות שלו ממשיכים לחקור אותן, כדי לגלות אילו תפקידים חדשים מסוגלות מולקולות הן מסוגלות לבצע.