אור יקרות

התקנים בממדים ננומטריים מאפשרים לנו לגייס את האור למטרות רבות ומגוונות – החל בהפקת חשמל מאנרגיית השמש וכלה באיתור זיהומים וזיהוי זיופים * המעבדה לננו-פוטוניקה של פרופ' קובי שויער, במחלקה לחשמל ואלקטרוניקה פיזיקלית שבפקולטה להנדסה, מפתחת שלל יישומים מרתקים לטכנולוגיה החדשנית

ד"ר קובי שויער. צילום: אוניברסיטת תל-אביב

"אנחנו עוסקים בננופוטוניקה – האינטראקציה של אור עם חלקיקי חומר בממדים הננומטריים," מסביר פרופ' שויער. "מתברר שתכונות הקשורות לאור, כמו למשל צבע החומר, משתנות באופן משמעותי כשמדובר בחלקיקים זעירים. לדוגמה, תמיסה המכילה חלקיקי זהב שגודלם 20 ננומטר נגלית לעינינו בצבע אדום. גם הצורה הגיאומטרית של החלקיקים משפיעה מאוד על התנהגות החומר הננומטרי. אנחנו חוקרים את החומרים הללו ותכונותיהם, ומוצאים להם מגוון רחב של יישומים – מעניינים יותר, ומעניינים עוד יותר…"

ננו-אנטנות לקליטת גלי אור

בין הפיתוחים החשובים במעבדתו של פרופ' שויער, בשיתוף עם פרופ' יעל חנין ופרופ' אמיר בוג, ניתן למצוא את הננו-אנטנות – אנטנות זעירות המותאמות בגודלן לאורכי הגל של אור נראה. "באופן כללי, אנטנה היא חוט מתכתי באורך מסוים, שקולט גלים אלקטרומגנטיים בעלי אורך גל מתאים, והגלים האלקטרומגנטיים יוצרים בחוט זרם חשמלי," אומר פרופ' שויער. "אורכם של גלי רדיו, למשל, נמדד במטרים, ובהתאם לכך גם גודל האנטנות. אורך הגל של האור הנראה, לעומת זאת, מצוי בטווח הננומטרי, ואנחנו מפתחים ננו-אנטנות מתאימות, שקולטות את גלי האור."

האנטנות הננומטריות, שגודלן כחצי מיקרון עד מיקרון, עשויות לשמש להפקה יעילה במיוחד של אנרגיה מאור השמש. בזכות ממדיהן הן קולטות טווח רחב של גלי אור נראה ואור אינפרא-אדום, ולכן הן מסוגלות לנצל חלק משמעותי ביותר מהאנרגיה הסולארית – עד 85%, לעומת כ-30% בלבד בטכנולוגיות הקיימות היום. מערך גדול של ננו-אנטנות כאלה, הפרוס על שטח נרחב, יכול לייצר כמות משמעותית של חשמל 'ירוק'.

ננו- חיישן לגילוי חומר נפץ
כיוון מחקר נוסף של פרופ' שויער וצוותו הוא פיתוח ננו-חיישנים רגישים במיוחד, שמסוגלים לגלות נוכחות של חומר זר, גם כשהוא מצוי בכמויות זעירות ביותר. חיישן ננומטרי מסוג זה הוא מקור אור – לייזר בעל סף רגישות נמוך ביותר, המשנה את צבעו בהשפעת החומר שאותו הוא מיועד לגלות. לחיישנים אלה צפויים יישומים רבים ומבטיחים, כמו גילוי זיהומים במים בשלב מוקדם ביותר, ואיתור נוכחות מזערית של חומרי נפץ ורעלים כימיים וביולוגיים.

ג'ירוסקופ בתוך גלולה
הג'ירוסקופ הומצא במאה ה-19, ושימש בתחילת דרכו – בגרסתו הגדולה והמכנית – לשמירה על יציבות המצפן בספינות ששטו באוקיינוסים. בהמשך התרחב מאוד טווח היישומים, וכיום מורכבים ג'ירוסקופים במטוסים, בטילים, בטנקים, באופנועי פעלולים ואף במצלמות משוכללות ובטלפונים סלולריים. החוקרים במעבדתו של של פרופ' שויער, בשיתוף עם קבוצתו של פרופ' בני שטיינברג מהפקולטה להנדסה, עובדים על פיתוחו של ג'ירוסקופ אופטי זעיר ומדויק ביותר, שיאפשר לנווט – לאו דווקא באוויר או על פני האוקיינוסים – אלא, לדוגמה, בתוך גוף האדם. הג'ירוסקופ הננומטרי יושתל בתוך גלולה, וינווט את התרופה היישר למקום הזקוק לה בגופו של החולה.

מבנים זעירים למניעת זיופים
מבנים זעירים, פשוטים וזולים לייצור, פרי פרויקט נוסף של קבוצת המחקר, עשויים לשמש בעתיד למניעת זיופים – של שטרות כסף, תרופות ועוד. המבנים הננומטריים, שלא ניתן לראותם בעין, יודבקו לשטר או למוצר המקוריים, ויזוהו באמצעות מכשיר אופטי מותאם. תגובה מסוימת של המבנים הננומטריים לקרן האור תאשר שהמוצר אכן אמיתי, ותכי וקפו לא פג.

פרופ' קובי שויער מבית הספר להנדסת חשמל באוניברסיטת תל אביב הוא מדען מוביל בתחום המיקרו-אופטיקה והננו-אופטיקה. תחומי המחקר בהם הוא עוסק הם חיישנים, אנרגיה מתחדשת ותקשורת אופטית. פרופ' שויער הוא חבר ליבה ונציג הפקולטה להנדסה בוועדה המדעית של המרכז לננו-טכנולוגיה באוניברסיטה. הוא פרסם למעלה מ- 60 מאמרים וספרים, ורשם יותר מ-10 פטנטים.