האם גילוי של פיזיקאי ישראלי ישנה את העתיד? ”יכולות להיות השפעות יישומיות אדירות”

הגילויים של ד”ר רפי ביסטריצר בחקר הגרפן, אחד החומרים המעניינים ובעל פוטנציאל גבוה לשימוש במוצרי אלקטרוניקה רבים. ”התקווה: הבנה שתאפשר לנו לרתום מוליכות-על לאפליקציות טכנולוגיות”, אומר ביסטריצר

ד”ר רפי ביסטריצר חי בארצות הברית ב-2011 כדי לעשות את הפוסט-דוקטורט שלו בפיזיקה ועבד עם פרופסור אלן מקדונלד בחקר גרפן, יריעה דו-ממדית של אטומי פחמן הנחשבת לחומר החזק ביותר בעולם ואחד מהמעניינים בשל השימושיות הפוטנציאלית שלו. השניים חקרו התנהגות מעניינת של לוחות גרפן דו-שכבתי מסובב המונחים זה מעל זה, ואף פרסמו מאמר עם ממצאיהם בנושא. המאמר לא זכה לשבחים, וביסטריצר הניח לו.

אבל אז גילה אותו הפיזיקאי הספרדי פבלו חריו-הררו מ-MIT. החוקר הצליח להוכיח את טענותיהם של ביסטריצר ומקדונלד ולאשש את התיאוריות של החוקר הישראלי. עתה, בעקבות הגילוי של ביסטריצר ועמיתו האמריקאי, מקדונלד, לצד האישוש של חריו-הררו, זכו השלושה בפרס וולף בפיזיקה. הפרס נחשב לאחד הפרסים הנחשבים ביותר בעולם המדעי, ונחחשב כמנבא לא רע לזכייה בפרסי נובל.

בניגוד לרבים מעמיתיו, ד”ר ביסטריצר לא נשאר באקדמיה והוא מנהל כיום צוות העוסק באלגוריתמים של ראייה ממוחשבת ולמידת מכונה בחברת אפלייד מטיריאלס, אחת החברות הגדולות בעולם בתחום מערכות לייצור שבבים. בשיחה עם גיקטיים מספר ביסטריצר על הגילוי, התגובות למאמר שלו והאישוש – וכמובן, האם הגילוי הזה יוכל לשפר את חיינו בעתיד.

הכל התחיל ב”זווית הקסם”

גרפן הוא למעשה חומר דק מאוד שמורכב משכבה דו-ממדית של אטומי פחמן. האטומים נקשרים זה לזה במערך של קשרים כפולים במישור אחד, כך שנוצרת יריעה של חומר דק במיוחד – הגרפן. מעבר לתכונות המוליכות שלו – שיכולות להשתנות אגב – הגרפן נחשב לאחד החומרים החזקים בעולם ביחס לעובי שלו. למעשה, שכבת פלדה באותו עובי תהיה חלשה פי 100 מהגרפן. ב-2010 זכו אנדריי גיים וקונסטנטין נובוסלוב, מאוניברסיטת מנצ’סטר בפרס נובל על גילוי החומר והתכונות שלו.

איך מגיעים לתגלית על סידור הגרפן הדו-שכבתי המסובב?

ביסטריצר מספר שהוא ועמיתו הגיעו לתגלית, כאשר ניסו להבין את המעבר של אלקטרונים בין שתי שכבות גרפן מסובבות, במטרה לתאר תכונות של מבנים אלו המופיעים בטבע ומיוצרים במעבדות. עבור רוב זוויות הסיבוב המבנה הדו-שכבתי שנוצר אינו גביש אלא תבנית moire, כלומר תבנית שנראית מחזורית לעין אבל למעשה אין בה חזרתיות מדויקת. “יש תאוריה פיזיקלית מסודרת לטיפול בגבישים, אך בגלל שהגרפן הדו-שכבתי המסובב כאמור אינו גביש – עמד בפנינו אתגר מעניין” מספר ביסטריצר.

“ברגע מסוים הבנו שעל ידי קירוב פשוט ניתן להתייחס למערכת הלא-גבישית הזו כגביש ובכך לאמץ את עולם המושגים המאוד מפותח של גבישים לטובת המערכת שלנו. בפרט הבנו שלמרות שגרפן דו-שכבתי מסובב אינו גביש, ניתן לתאר את המבנה האלקטרוני שלו באמצעות פסי אנרגיה. חישוב פסי האנרגיה הביא אותנו לגילוי ‘זווית הקסם’ של 1.1 מעלות”.

“זווית הקסם” עליה מדבר החוקר הישראלי היא הזווית שבה הונחו שני לוחות גרפן שגילו ביסטריצר ומקדונלד ובה הופך הגרפן למוליך-על – מצב שבו החומר מאפשר מעבר זרם חשמלי ללא התנגדות כלל וללא איבוד אנרגיה. ביסטריצר ומקדונלד היו הראשונים לגלות את “זווית הקסם” וכתבו על כך במאמר שפורסם בנושא בשנת 2011.

מעכשיו גיקטיים גם בטלגרם מעכשיו גיקטיים גם בטלגרם להצטרפות לערוץ הטלגרם שלנו לחץ כאן

התקווה: לרתום מוליכות-על לאפליקציות טכנולוגיות

למרות המחקר המסקרן והפוטנציאל המהפכני שלו, לא זכו ביסטריצר ומקדונלד לתגובה אוהדת כשפירסמו לראשונה את המאמר ב-2011. לדברי ביסטריצר, הסיבה המרכזית טמונה בכך שהיה מדובר בתיאוריה, שעוד לא הוכחה: “אישוש תאוריה פיזיקלית על ידי ניסוי הוא תנאי כמעט הכרחי להכרה שהתופעה אמיתית. לכן הניסוי שעשה פבלו חריו-הררו הוא שגרם להכרה בחשיבות המאמר”.

ביסטריצר הוסיף כי “החישובים שלנו הראו שמהירות האלקטרונים בגרפן דו-שכבתי מסובב יורדת עם הקטנת זווית הסיבוב עד שבזווית של 1.1 מעלות, לה קראנו ‘זווית הקסם’, האלקטרונים כמעט נעצרים. ידענו לנבא שבמצב זה תתרחשנה תופעות מעניינות כתוצאה מאינטראקציה חזקה בין האלקטרונים אולם לא ידענו לחשב את מאפייני התופעות הללו”.

הניסוי של החוקר הספרדי לא רק אישש את התאוריה, אלא גם גילה מעבר של החומר בין מוליך-על למבודד ב-1.1 מעלות, והעניק כך כלי מאוד יעיל לחקור את התופעות המורכבות הללו. התקווה היא שהבנה של מוליכות-על ושל תופעות נוספות יאפשרו לחוקרים לקיים אותן בטמפרטורת החדר ולרתום אותן לאפליקציות טכנולוגיות.

החומר של העתיד? גרפן | מקור: Pixabay

מה השתנה ב-7 השנים שחלפו עד פרסום המאמר של חריו-הררו ב-2018 שכן זכה לשבחים ונחשב לפורץ דרך?

“בניית מערכת של גרפן דו-שכבתי מסובב היא אתגר הנדסי עצום. אני חושב שצריך להיות פיזיקאי עם הרבה חזון לגשת לאתגר כזה. היו כמה קבוצות שתרמו למאמץ, במיוחד הקבוצות של עמנואל טוטוק מאוניברסיטת טקסס באוסטין, של קורי דין מאוניברסיטת קולומביה ושל פיליפ קים מהרווארד”.

חשוב לציין כי ההישג של הצוות בראשות חריו-הררו, שכזכור גם זכה בפרס, הוא התגלית כי ההתנהגות החשמלית של הגרפן הדו-שכבתי מזכירה את ההתנהגות של משפחת חומרים מוליכי-על מבוססי נחושת בשם קופרטים. הקופרטים מראים הולכת חשמל ללא התנגדות בטמפרטורות גבוהות במיוחד יחסית למוליכי-על אחרים. כתוצאה מכך הקופרטים הפכו למקור תקווה גדול להגשמת החלום של הולכת חשמל ללא איבוד אנרגיה בטמפרטורות קרובות לטמפרטורת החדר, נושא שאליו מתייחס ביסטריצר בהמשך.

ביסטריצר מספר כי עזב את המחקר שלו בתחום הגרפן ועבר לעבודתו בתחום האלגוריתמים ב-Applied Materials כי לא מצא משרה באקדמיה בארץ ולא רצה לחפש משרה מקבילה בארה”ב. הוא מספר כי תכנן לחזור לאקדמיה, אבל כעת הוא חש סיפוק רב מעבודתו בתעשייה המסחרית. “אני מתעסק בבעיות מולטי-דיסציפלינריות בוערות בחזית הטכנולוגיה שלפתרונן משמעויות מידיות ומעשיות”, אומר ביסטריצר.

לא בער לך להיות שותף למיסחור של הטכנולוגיה? להביא אותה ליישומים מסחריים?

“המרחק בין המחקר הבסיסי שעשיתי למסחור הטכנולוגי שלו הוא רב. למרות זאת, במהלך הפוסט-דוק שלי הייתי חלק מקונסורציום של חברות הייטק ואוניברסיטאות שמטרתו למצוא טכנולוגיות עתידיות לתעשיית השבבים”.

“יכולות להיות לגילוי השפעות יישומיות אדירות”, אבל…

לדברי ד”ר ביסטריצר, גרפן דו-שכבתי ב’זווית הקסם’, כפי שכינו אותה עמיתו והוא, מאפשר לחקור תופעות של אינטראקציה בין-אלקטרונית חזקה ובפרט מוליכות-על. למרות שמוליכות-על בטמפרטורות גבוהות נחקרת כבר עשרות שנים עדיין רב הנסתר על הגלוי. “אם נצליח להבין את המנגנון שמוביל למוליכות-על בטמפרטורות גבוהות ייתכן שנצליח ליצור מוליך-על בטמפרטורת החדר” מסכם ביסטריצר.

אנחנו מבינים את המשמעות של התיאוריה, אבל כיצד זה יכול להתבטא בפועל?

ביסטריצר: “התופעות שנצפו בגרפן דו-שכבתי מסובב קורות בטמפרטורה נמוכה מאוד, ולכן אין להן שימושיים פרקטיים מידיים. אם יצליחו בעתיד לזהות את התופעות שנצפו בטמפרטורת החדר, הרי שיהיו לכך משמעויות יישומיות אדירות שכן נוכל אז להוליך זרם ללא בזבוז אנרגיה וללא יצירת חום”.

בדרך לנובל?

פרס וולף, שמעניקה “קרן וולף”, מוענק בישראל החל משנת 1978 למדענים ואמנים בכל העולם על תרומתם “למען האנושות ולמען יחסי ידידות בין העמים, בלי הבדל אזרחות, גזע, צבע, דת, מין או השקפה פוליטית”. אחת הסטטיסטיקות המעניינות בנוגע לזוכים בפרס היא שכשליש מהם זכו גם בפרס נובל, בהם פרופסור עדה יונת.

האם יש לך חלום, אולי תקווה, לעמוד על הבמה המכובדת בסטוקהולם?

“אני עדיין נרגש על ההכרה שפרס וולף נתן לעבודתי ומקווה שהעבודות הרבות על גרפן דו-שכבתי ברחבי העולם יביאו להבנה טובה יותר של הפיזיקה”.

מי יהיו הסטארטאפ, הקרן והאקסלרטור של השנה? מי יהיו הסטארטאפ, הקרן והאקסלרטור של השנה? הצביעו לזוכים שלכם בפרסי ה-GeekAwards

אושרי אלקסלסי

עדיין מבואס מהפסקת שידורי TechTV בישראל. נהנה מסרטי סטאר וורז החדשים - Don't @ Me.

הגב

14 תגובות על "האם גילוי של פיזיקאי ישראלי ישנה את העתיד? ”יכולות להיות השפעות יישומיות אדירות”"

avatar
Photo and Image Files
 
 
 
Audio and Video Files
 
 
 
Other File Types
 
 
 

* היי, אנחנו אוהבים תגובות!
תיקונים, תגובות קוטלות וכמובן תגובות מפרגנות - בכיף.
חופש הביטוי הוא ערך עליון, אבל לא נוכל להשלים עם תגובות שכוללות הסתה, הוצאת דיבה, תגובות שכוללות מידע המפר את תנאי השימוש של Geektime, תגובות שחורגות מהטעם הטוב ותגובות שהן בניגוד לדין. תגובות כאלו יימחקו מייד.

סידור לפי:   חדש | ישן | הכי מדורגים
מצאנו תרופה לסרטן
Guest
מצאנו תרופה לסרטן

בקיצור עוד תגלית אחת מני רבות שאולי כן ואולי לא תעזור לאנושות, לא מבין מה הקטע של הפרסום אם אין עדיין מוצר עובד, חשבתי זה רק טריק של פוליטיקאים לפרסם יוזמה, לקבל קרדיט, ואז מי בכלל עוקב מה יצא ממנה.

אלונצ\'
Guest

מישהו סיפר לך שמפרסמים רק מוצרים עובדים?

עמרם
Guest

אם לא היו פיזקאים מוכשרים שעובדים על דברים בתאוריה היית היום חי במערה ויוצא לצוד חתולים עם נבוט. סביר גם שהיית נפטר בשיבה טובה בגיל 35. קצת כבוד.

מצאנו תרופה לסרטן
Guest
מצאנו תרופה לסרטן

אף אחד לא אמר לא לעבוד על דברים בתאוריה, פשוט אמרתי לחכות עם הטפיחות על השכם עד שהמוצר יהיה מוכן לשיווק. כרגע זה בכלל עוד לא ישים מחוץ למעבדה, ובספק אם אי פעם יהיה.

קרן הרשקוביץ
Guest

מה הקשר? ההישג הגדול של הפניצילין היה הגילוי שלו. פלמינג זכה בהכרה הרבה לפני שהתרופה שווקה. לא סתם פרס נובל ניתן לפלורי וצ’יין שפיתחו את התרופה וגם לו על הגילוי התאורטי

בקיצור כל הכבוד לביסטירצר1

מצאנו תרופה לסרטן
Guest
מצאנו תרופה לסרטן

ואם הפניצילין לא היה ישים בסוף, מישהו היה זוכר אותו? אם זה באמת נראה לכם ישים ב100 אחוז, למה לא לחכות? מה הקטע לרוץ ולספר באמצע? גם את הכבוד לא נתנו לו בשעה שהוא גילה, אלא רק אחרי שמישהו הוכיח את הגילוי, אז הם כן מסוגלים לחכות, אבל למה לא עד הסוף, זה מה שאני לא מבין.

גבי
Guest

הקטע הוא שזה מעניין אנשים מסויימים. אם אותך זה לא אתה לא חייב לקרוא

הפטריוט
Guest

הוכחת הגילוי היא החלק החשוב ביותר שלאחר הגילוי, ולכן הפרסום מגיע אחריו! ההסבר הוא כל כך פשוט, שהרצון לחכות עד למימושו הוא מגוחך

ציפי לבני
Guest

תדחוף את הפנצילין לתחת מי צריך אותו בבכלל

רועי
Guest

מדהים!! כל הכבוד לדוקטור. הלוואי שיצליח ויזכה בנובל

אליעזר
Guest

אני חושב. הדוקטור עשה בשכל שפנה לבעיות בוערות באמת כמו טכנולוגיה אני חושב ש בעידן שניתן לפגוע בקטינים דרך המחשב האינטרנט צריך ורצוי לטפל בכך קודם ויש חשיבות לכל דבר שעשה ייעשה הד”ר
מאידך אולי להתמקד בשחיתות במערכות הצדק והמשפט בארץ יהיה הנושא הבא . נושא המחייב בעת הזאת פיקוח הכוונה והרבה עזרה להתגבר על עבר של שופטים מושחטים ומשוחדים שסרחו .
יש להתרכז במניעה במערכות הטכנולוגיות של פשעים .
וכן להתרכז במיצוי הדין והצדק והאמת במערכת המשפט . בעזרת ה’ בתיק שלי גם אמן.

ל.צ.
Guest

ד”ר רפי ביסטריצר, אדם מוכשר וצנוע. האקדמיה פיספסה מדען מוכשר, התעשיה הרוויחה.

קוקו
Guest

יש נומרוס-קלאוזוס דה פקטו על חוקרים דתיים באקדמיה. אסור שיהיו יותר מ10% כאלו בכל מחלקה, עדיף פחות. אז דורשים מגורים במדינה זרה לשנים ארוכות כתנאי מקדים, מה שלדתיים מאוד מרתיע, ואת ההחלטות עושים במחשכים לפי קירבה אישית עם המחליטים, עדיף שההיכרות היא מפעילות פוליטית ספציפית.
ואם יש אידיוט שעוד לא מבין עברית ועובר את כל המסלול אז הוא “לא מוצא מקום באקדמיה” וצריך להתחיל מחדש בגיל 40 עם אפס רזומה.

מכירים את הסיפורים על איך מרי קירי לא יכלה להרצות כי היא אשה? אז תיסתכלו במראה. מישהו שיכול להביא לנובל עובד במשהו אחר כי “אין מקום באקדמיה”

Truth
Guest

צריך לצנן את ההתלהבות בנושא הגרפין, אני כבר כמעט עשור עוקב אחרי הנושא ואני חייב להגיד שהתחום OverHyped מוקדם מדי.
אין ספק שיש ממה להתרגש והנושא יכול לקדם את העולם רבות אבל קצת פרופורציה לא תזיק.
ברכות לד”ר.

wpDiscuz

תגיות לכתבה: