גיל אלכסנדרוביץ
פרס קריל 2012
טכניון
ד"ר גיל אלכסנדרוביץ (Dr. Gil Alexandrowicz)
תחומי מחקר:
חקר המבנה והדינמיקה של פני שטח בעזרת אלומות מולקולריות
"בקבוצה שלי אנחנו מפתחים ומיישמים שיטות חדשות למחקר פני שטח המבוססות על אלומות מולקלוריות. שני הפרוייקטים העיקריים שאנחנו כרגע עובדים עליהם הם (1) הפרדת צורוני-ספין של מולקולות מים (מולקולות הנבדלות ביניהן רק בכיוון המומנט המגנטי הגרעיני שלהן) והשימוש בהפרדה זאת לביצוע מדידות מגנטיות של פני השטח ו(2) מחקר של תנועות אולטרה מהירות על פני שטח."
(1) הפרדת צורוני-ספין של מולקולות מים. כמו במקרה של מולקולת המימן, גם מולקולת המים נושאת מומנט מגנטי גרעיני ומופיעה באחת מצורוני הספין (Spin Isomers): Ortho-H2O או Para-H2O . התכונות הפיזיקליות של צורוני הספין של מים והיחס המספרי בינהם משחקים תפקיד חשוב במגוון רב של תחומים החל מתהודה מגנטית ועד אסטרופיסיקה.
בסדרת נסיונות שנערכו לאחרונה הדגמנו הפרדה של צורוני הספין של מולקולות מים ע"י העברת אלומה מולקולרית דרך שדות מגנטים לא אחידים אשר ממקדים היטל ספיני אחד ומסיטים את שאר ההיטלים ממסלול האלומה. שיטה זאת מאפשרת הפרדה גבוהה מאד של שני צורוני הספין וניתן להשתמש בה על מנת להפריד צורוני ספין גרעיני של מולקולות שונות, כפי שהדמגנו על מולוקלת מתאן. היכולת החדשה ליצור אלומת מים עם יחס נישלט של מולקולות Para/Ortho , פותחת מגוון של אפשרויות מחקריות חדשות , בפרט היא מאפשרת בעתיד הקרוב בדיקה נסיונית האם המצב הספיני משפיע על תהליך הספיחה של מולקולת המים על משטחים, שאלה שעד עתה נשארה פתוחה ומעוררת מחלוקת.
עוד תכונה חשובה במיוחד של שיטת ההפרדה המגנטית היא שבניסוי זה נבחר היטל מסוים של הספין הגרעיני במרחב. פועל יוצא של תכונה זאת היא העובדה כי ניתן לכוון את האלומה לעבר משטח על מנת לגדל שכבות דקות של מולקולות ספוחות מקוטבות-מגנטית (קרח מגנטי). מהו זמן החיים של המגנטיזציה של המולקולת הספוחות היא עוד שאלה פתוחה ומרתקת שעליה יוכלו לענות באופן נסיוני בעזרת שיטת ההפרדה המגנטית. במידה וזמן חיים זה יהיה ארוך מספיק על מנת לבצע מדידה של תהודה מגנטית גרעינית (NMR), אזי מדובר בשיפור רגישות מהפכני של כ 5 סדרי גודל לעומת ניסוי NMR סטנדרטי ויצירת הזדמנות נדירה שבה ניתן להשתמש ב NMR על מנת לחקור מבנה כימי של משטחים ושכבות דקות.
(2) מחקר של תנועות אולטרה מהירות על פני שטח. היכולת של מולקולה או אטום לנוע על פני השטח של חומר מוצק מהווה את הבסיס למגוון רב של תהליכים במחקר ובתעשייה. לדוגמא גידול גבישים וננו-מבנים לצורך יצירת התקנים אלקטרונים מזעריים מבוסס על היכולות של האטומים והמולקולות לנוע על פני השטח ולהתמקם במבנים אופטימלים. דוגמא אחרת היא קצב של ריאקציה כימית אשר מבוססת על היכולת של מגיבים לנוע על פני משטח להתנגש וליצור מולקולה חדשה, תגובות כאלו שכיחות בתעשייה הכימית, בריאקציות אטמוספריות ואפילו בתהליכים אסטרופיזיקלים כגון יצירת כוכבים.
בעשורים האחרונים השתכללו מאד השיטות הנסיוניות למדידה של תנועות על פני שטח, אך למרות זאת מיקרוסקופים מסחריים מוגבלים למדידות של תנועות איטיות במיוחד. בקבוצה שלי אנחנו מפתחים כעת מכשיר מיוחד המסוגל למדוד תנועות של חלקי ננומטר (ננומטר= אחד חלקי מיליארד של מטר) אשר מתבצעות בפרקי זמן מהירים של פיקו עד ננו-שניות (פיקו שניה =אחד חלקי אלף מיליארד של שניה). המכשיר מתבסס על פיזור של אלומה של אטומי הליום מגנטים (3He) מפני השטח שאותם חוקרים ומדידה של שינויים קטנים באנרגיה של האלומה המוחזרת, המעידים על תנועה על פני השטח. כרגע יש רק מכשיר אחד כזה בעולם, מכשיר שהשתתפתי בפיתוחו כתלמיד דוקטורט והשתמשתי בו בתקופת בתר-הדוקטורט שלי. בעזרת המכשיר הקיים חקרנו מגוון מערכות שטח ומדדנו את תכונות הפיזיקליות השולטות בתנועה, לדוגמא: מדידה של הכוחות הפועלים בין מולקולות פחמן חד חמצני הספוחות על משטח מתכתי, מדידת החיכוך של מולקולת בנזן על משטח של גרפיט ומדידת היכולת של מולקולת פרופן להסתובב ולנוע על משטח פלטינה. למכשיר החדש שאותו אנחנו בונים כעת תיהיה רגישות גבוהה יותר והוא יאפשר מדידות חדשניות במגוון רב של מערכות שטח אשר לא היה ניתן למדוד אותן בשיטות הקיימות.
