שבירת האור: מגלימת העלמות למשהו יותר מעשי וחשוב – מתג אופטי

כך אומר בראיון לעורך CHIPORTAL פרופ' סיר ג'ון פנדרי, תאורטיקן של תחום החומר הדחוס מאימפריאל קולג' בלונדון שהשתתף בשבוע שעבר בכנס משותף למדענים מבריטניה וישראל בתחום הננו טכנולוגיה שהתקיים באוניברסיטת תל אביב

חיזוק קשרי המחקר בתחום הננו בין אוניברסיטאות בישראל ובבריטניה היו הנושא החם על הפרק במגוון אירועים שהתקיימו בשבוע שעבר במרכז הננו-מדע וננו-טכנולוגיה של אוניברסיטת תל אביב. משלחת של חוקרים בכירים מבריטניה הגיעה בחסות מחלקת המדע והחדשנות של השגרירות והמועצה הבריטית להשתתף בהרצאות וסיעורי מוחין בתחום. אחד מהם הוא פרופ' סיר ג'ון פנדרי, תאורטיקן של תחום החומר הדחוס מאימפריאל קולג' בלונדון ומפתח התיאוריה שמאחורי היכולת לצפות במיקרוסקופ ברכיבים ננומטריים ולבנות מטה חומרים – חומרים בעלי התכונות הרצויות.

בראיון לעורך CHIPORTAL אומר פרופ' פנדרי כי הטכנולוגיה של שבירת האור תאפשר מיתוג אופטי שיאיץ משמעותית את קצב העברת הנתונים באינטרנט.

זו לא הפעם הראשונה של פרופ' פנדרי בארץ, רק בשנה האחרונה הוא היה כאן שלוש פעמים, אחת מהן היתה בחודש מאי 2016 כאשר קיבל את פרס דן דוד בממד זמן עתיד, שהוקדש בשנה שעברה לתחום מדעי הננו. הוא חלק בפרס ביחד עם עוד שני חוקרים בולטים נוספים בתחום הננוטכנולוגיה פרופ' פול אליויסטוס ופרופ' צ'ד מירקי.

פרופ' פנדרי אחראי ליצירתו של סוג חדש של חומרים המכונים מטה-חומרים, שהובילו לייצור עדשות המכות את גבול שבירת האור והופכת עצמים לבלתי נראים. תחום המטה-חומרים מרחיב את היכולות של החומרים בכל הספקטרום האלקטרומגנטי – מהאור הנראה ועד לשדות ה-DC. העדשות שפיתח מוגבלות רק בדיוק הייצור ולא באורך הגל.
כאן מסביר פרופ' פנדרי, כי מה שמונע שימוש נרחב יותר בננוטכנולוגיה וייצור חומרים מתקדמים היה העובדה שלא ניתן היה לצפות בתהליכים בקנה מידה ננומטרי. "מיקרוסקופ רגיל מסוגל להגדיל עד לחצי אורך הגל של האור הנראה שזה בערך 300 ננומטר לא ניתן לראות פרטים קטנים יותר. בהתחשב בכך שאפילו השבבים האלקטרוניים שיש לכולנו בטלפון עשויים מצמתים ברוחב של כמה ננומטרים, מדובר בהתפתחות חשובה."

כל תחום חישוב הנתונים והעברתם לקצה העולם מבוסס היום על אלקטרוניקה. נכון, בהעברת נתונים בין יבשות משתמשים בסיבים אופטיים, אבל לדבריו, כדי לנתב את מנות הנתונים למקום הנכון יש צורך להפוך אותם מאלקטרונים לפוטונים, להעביר בסיב האופטי ואז בנקודת היציאה להפוך בחזרה לאלקטרונים כדי למתג אותם ליעדם, בין היתר אם צריך, שוב להפוך אותם לאופטיים.

"הכי טוב היה אילו אפשר היה לעשות מיתוג אופטי, בלי להסב את הנתונים כל הזמן בין האלקטרוניקה והאופטיקה. הבעיה היא שאת האלקטרונים קל למתג משום שהם מתקשרים זה עם זה, ואילו הפוטונים אינם רואים זה את זה. הרעיון שלי היה לפתח קרן אור מרוכזת מאוד, שבה הפוטונים יהיו חייבים להרגיש זה בזה. "

מהם השימושים של פיתוח זה?
פרופ' פנדרי: "ראשית, ניתן יהיה להשתמש בזה לפיתוח מיקרוסקופים שמסוגלים לראות ברזולוציה הרבה יותר גבוהה מאשר כיום, וניתן יהיה להשתמש בהם לבדיקת מערכות בקנה מידה ננומטרי, למשל אברוני התא האנושי, או מכונות ננומטריות. וכמובן, שניתן יהיה להשתמש באור המרוכז כדי להעביר הרבה יותר נתונים על הסיבים האופטיים הקיימים. הדבר יתאפשר אם נוכל לבנות מתגים אופטיים, ולחסוך את ההעברות הללו הלוך ושוב בין האופטיקה והאלקטרוניקה."

אתה התפרסמת כממציא גלימת ההעלמות מהסוג שבה השתמש הארי פוטר

מטה חומרים הם חומרים שתכונותיהם אינם מוגדרים על ידי ההרכב הכימי שלהם אלא על ידי המבנה שלהם בקנה המידה הקטן ביותר, דבר המאפשר לאור לעקוף את העצם מה שהופך אותו למעשה בלתי נראה. אכן, לפני כעשר שנים המחשתי את ממצאי המחקרים שלי באשר לשבירת האור, כדי להראות דוגמה שכל אחד בציבור יוכל להבין אותה.
בכל אופן כשהתחלתי עם כמה רעיונות פשוטים לא ידעתי לאן המחקר יגיע. אבל התברר שמאז התחום נבט והוא התפתח לתחומים נוספים החל מהסוואה אקוסטית ועד מיגון מבנים מפני רעידת אדמה. גלימת ההעלמות עצמה, לא נראית קרובה למרות הפופולאריות לה זכתה בזכות עלילות הארי פוטר.

האם אתה חושב שמדענים צריכים להיות מעורבים יותר בהסברת המדע לציבור?
"בוודאי, משתי סיבות, ראשית כדי למשוך ילדים ללמוד מתמטיקה ומדעים ולהיות הדור הבא של המדענים, אבל גם לא פחות חשוב – הצורך שהציבור ומקבלי ההחלטות יבינו את הבסיס המדעי לקבלת החלטות." עם זאת, פרופ' פנדרי אומר כי צריך להפריד בין המדע לפוליטיקה. אם מדענים רוצים להפוך לפוליטיקאים ולהילחם בזירה הפוליטית זה משהו אחר אבל כגוף, המדענים צריכים להגיד מהי האמת המדעית בכל תחום, ולא להתערב מעבר לכך. "ויכוח בין מדענים למכחישי אקלים לא יתרום שום דבר".

על השאלה האם העובדה שהמדענים בבריטניה היו נגד הברקזיט, וכמובן המדענים בארה"ב חוששים לגורל המדע תחת טראמפ, ובכל זאת הציבור בשתי המדינות חשב אחרת הוא העדיף שלא לענות, רק חזר על תשובתו הקודמת שהמדענים צריכים להיות מעורבים בהסברת המדע ללא מעורבות בויכוח הפוליטי."

אגב בכתבה על פרופ' פנדרי ב-BBC משנת 2013, בעקבות פרס חשוב שקיבל בבריטניה, דובר על הנוהג שלו להכנס לעומק של נושא, ואחרי עשור למצות אותו ולעבור לנושא חדש. גלימת ההעלמות תצטרך להמתין.