דרגות חופש

 

לצורך יצירת "גביש ויגנר" נדרשת מערכת שבה יש דחייה חזקה בין האלקטרונים לבין עצמם, אולם האינטראקציה עם רכיבים אחרים במערכת, אשר עשויה להפריע ליצירת הגביש, היא מזערית. מערכות המבוססות על מתכות, לדוגמה, אינן באות בחשבון, משום שאלקטרונים נעים בחומר מתכתי בחופשיות יחסית, ויש בו אלקטרונים רבים מכדי שיתאים לתנאים הנדרשים ליצירת "גביש ויגנר". מצד שני, גם החדרת כמות קטנה של אלקטרונים לתוך חומר אינרטי אינה יוצרת את התוצאה הרצויה, משום שאפילו ריכוז קטן של פגמים, אשר קיימים בכל אחד מהחומרים המוכרים, יגרום לאלקטרונים להימשך אליהם, במקום לקיים אינטראקציה זה עם זה.

 

משום כך, יצירת גביש ויגנר היא משימה מסובכת. מדענים שחיפשו דרכים ליצור אותו גילו עד עתה רק רמזים לקיומו, אולם אף אחד לא הצליח להוכיח את קיומו באופן ישיר. כעת, כ-80 שנה לאחר החיזוי התיאורטי של ויגנר, הצליחו ד"ר שחל אילני ותלמיד המחקר שרון פקר, מהמחלקה לפיסיקה של חומר מעובה במכון ויצמן למדע, בשיתוף עם מדענים מארה"ב, מאיטליה ומדנמרק, ליצור גביש ויגנר המורכב משני אלקטרונים – מעין "מולקולת ויגנר".

עד כה התבססו השיטות לייצור התקני ננו-צינורות על יצירה של שני רכיבים בו בזמן: גידול הננו-צינורות ובניית המעגל חשמלי. כל אחת מהמשימות האלה, לבדה, היא קשה ביותר, והסיכוי לייצר התקן פעיל באמצעות הגשמת שתיהן הוא קטן מאוד. "השיטה החדשה שלנו פותרת את הבעיה הבסיסית הזו באמצעות חלוקת התהליך לשני שלבים נפרדים", אומר תלמיד המחקר ג'ונה וייסמן. "על שבב אחד אנו מגדלים ננו-צינורות, ואילו את המעגל החשמלי אנחנו יוצרים על שבב אחר. הפרדה זו מאפשרת לייצר כל אחד מהרכיבים הללו בצורה מושלמת. לאחר מכן אנחנו משתמשים במנועים זעירים בעלי דיוק ננומטרי כדי לשלב את שני החלקים להתקן מתפקד אחד". כך אפשר כעת ליצור, לדוגמה, מעגל חשמלי הבנוי ממספר ננו-צינורות. "שיטת הייצור החדשה שלנו משאירה מעט מאוד מקום ליד המקרה", אומר ד"ר אילני, "מאחר שיש באפשרותנו לוודא כי גם הננו-צינורית וגם המעגל החשמלי מושלמים, עוד לפני ההרכבה שלהם להתקן מתפקד".