אנרגיה מאדום לירוק

בעזרת תהליכים כימיים המבוססים על תמיסות בנו המדענים ננו-גבישים בצורת מקלונים שאורכם כ-50 ננומטר (מיליארדית המטר). לשם המחשה, בשטח שתופסת הנקודה בסוף משפט זה ניתן להכניס כמיליארד גבישים כאלה. בקצה אחד של הננו-מקלון מצוי אלקטרון הקולט פוטונים בזה אחר זה. בשלב הראשון מעורר האלקטרון על-ידי פוטון אחד, ולאחר מכן הוא נדחף לרמת אנרגיה גבוהה יותר על-ידי הפוטון הבא. כך הוא הופך לאלקטרון בעל אנרגיה גבוהה, שמועבר לקצה השני של המקלון, שם הוא פולט פוטון בעל אנרגיה גבוהה יותר מזו של כל אחד מהפוטונים שנקלטו.

 

בשיטה זו הצליחו המדענים להפוך שני פוטונים אדומים, בעלי אנרגיה נמוכה יחסית, לפוטון אחד ירוק בעל אנרגיה גבוהה יותר. למעשה, ניתן לכוון את המערכת כמעט לכל צבע: היא מאפשרת גמישות רבה, מפני שאפשר לשלוט בתכונות הננו-מקלונים באמצעות שינוי קוטרם.

 

כדי לעזור לננו-גבישים לעבור מהמעבדה לתעשייה מנסים כעת המדענים להגביר את יעילות המערכת, ולהגיע לשליטה טובה יותר בצבעי הפוטונים. בעתיד, ניתן יהיה אולי להשתמש בגבישים מסוג זה בשילוב עם חומרים נפוצים יותר, כגון סיליקון, החומר ממנו עשויים רוב תאים הסולאריים המסחריים. סיליקון אינו קולט פוטונים מרמת האינפרא-אדום ומטה, וייתכן כי אפשר יהיה לתפוס את הפוטונים האלה בעזרת הננו-גבישים.

 

מיקוד בזמן

כשמדובר בחקר המוח, למושג "הארה" עשויים להיות כמה מובנים. מחקרים אשר שופכים אור חדש על פעילות המוח אפשר לבצע באמצעות "שיטות מאירות" – כאלה הכרוכות בעירור תאי העצב במוח, הנוירונים, באמצעות קרן אור. למשל, ניתן לכוון קרן אור על נוירונים בודדים כדי לברר עם אילו נוירונים נוספים הם מתקשרים. בסופו של דבר, יכולים המדענים לגלות בדרך זו רשתות שלמות של נוירונים האחראים לכל תיפקודינו, החל מזיכרונות ומרגשות וכלה בתנועות ובהתנהגויות.

אמנם, אפשר לחקור רשתות אלה באמצעות אלקטרודות, אך קרן אור היא פחות פולשנית, וקל יותר להזיז אותה ממקום למקום. הבעיה היחידה היא, שכאשר מכוונים את הקרן לאיזור עמוק בתוך המוח, היא מאירה את האיזור כולו, ולא רק את נוירון המטרה.

המחקר התבסס על שיטה הקרויה "מיקוד בזמן" (temporal focusing), שפותחה בעבר במכון ויצמן למדע. כפי שניתן ללמוד משמה, מדובר בשליטה במיקוד בזמן של קרן הלייזר, ולא במיקוד מרחבי. בשיטה זו מאירים את הדוגמית בפולסים ארוכים של אור, אשר מתקצרים כאשר מגיעה הקרן לשכבה הרצויה, בה היא גורמת להארה הרצויה. כתוצאה מכך מעורר רק נוירון המטרה, אשר הונדס גנטית כדי להגיב לפולסים קצרים, אך לא לפולסים ארוכים. יתר על כן, בשיטה זו מואר הנוירון בצורה אחידה, וגבולותיו מוגדרים באופן חד. החדות מתאפשרת מפני שהמיקוד בזמן מקטין באופן דרמטי את פיזור האור בתוך רקמת המוח. חלק מהפוטונים אמנם מתפזרים, אך הם אינם מפריעים לעירור מפני שאינם מגיעים לרקמת המוח בזמן ה"נכון", כלומר, בזמן הארת נוירון המטרה. השיטה מאפשרת דיוק יוצא דופן בזכות אורכם הקצר של הפולסים, הנמשכים כמאה פמטו-שניות בלבד (כל פמטו-שניה היא מיליונית מיליארדית השניה).

בעזרת שיטה זו אפשר יהיה לחקור רשתות נוירונים על-ידי עירור נוירונים בודדים באמצעות פולסי לייזר קצרים.