חוקרים באוניברסיטה העברית השיגו פריצת דרך בתחום הננו-טכנולוגיה לאחר שהצליחו לשנות את תכונותיהם של ננו-גבישים באמצעות אטומים שונים המשמשים כ"אילוחים". בכך סללו החוקרים את הדרך לייצור ננו-גבישים מוליכים למחצה משופרים שיכולים לשמש בין היתר לפיתוח פתרונות אנרגית שמש
ננו-גבישים מוליכים למחצה מורכבים מעשרות עד אלפי אטומים והם קטנים פי 10,000 מרוחבה של שערת בן אדם. ננו-גבישים אלו יכולים לשמש למגוון תחומים כגון תאורה, תאים סולאריים והדמיה במחקר ביולוגי ובאבחון רפואי. חומרים מוליכים למחצה הם חומרים שתכונות ההולכה החשמלית שלהם נמצאות בין חומרים מוליכים, שבהם יכול חשמל לעבור, לבין חומרים מבודדים מאוד שאינם מוליכים חשמל.
כדי להשתמש במוליכים למחצה במעגלים חשמליים יש להוסיף להם "אילוחים". בתהליך זה מכניסים למוליך למחצה אטומים זרים המכונים "מאלחים" ובכך משפרים את המוליכות החשמלית. ליצירת תהליך זה, משקיעה תעשיית המוליכים למחצה מידי שנה מיליארדי דולרים בהכנסת מאלחים החיוניים לתהליך הייצור של מכשירים אלקטרוניים רבים כגון שבבי מחשבים, שבבים למכשירי חשמל ולרכב ותאים סולאריים.
לאור חשיבות התהליך, המכונה אילוח, עבור התעשייה, השקיעו חוקרים בעולם מאמצים ממושכים לאלח ננו-גבישים של מוליכים למחצה כדי לשפר את תכונותיהם תוך הקטנתם משמעותית לגודל ננו-מטרי. ואולם, מתברר כי דווקא גודלם הקטן של הננו-גבישים הופך אותם לעמידים לאילוח. נוסף לכך, ההתנהגות הפיזקלית של אילוחים בננו-גבישים לא הייתה ידועה אז לחוקרים.
במחקר שמתפרסם השבוע בכתב העת היוקרתי Science, מתוארת פריצת הדרך שהשיגו חוקרי המרכז לננו-מדע ולננו-טכנולוגיה באוניברסיטה העברית פרופ' אורי בנין ותלמיד המחקר דוד מוקטא בתחום. החוקרים הצליחו לראשונה לפתח תגובה כימית פשוטה בטמפרטורת החדר להכנסת אטומים מאלחים של מתכות לתוך ננו-גבישים מוליכים למחצה. המחקר מצא השפעות חדשות של האילוחים על התכונות האופטיות של הננו-גבישים עליהן לא דווח קודם לכן.
בשיתוף פרופ' עודד מילוא מהאוניברסיטה העברית, גיא כהן ופרופ' ערן רבני מאוניברסיטת תל אביב, בנו החוקרים תמונה מקיפה על האופן שבו משפיעים אילוחים על תכונותיהם של ננו-גבישים של מוליכים למחצה. החוקרים מצאו כי האילוחים משפיעים על הננו-גביש בדרכים בלתי צפויות כתוצאה מפיזיקה חדשה ומסקרנת הנובעת מתופעות הכליאה הקוונטית של אלקטרונים במימד הננו-מטרי הזעיר של הננו-גבישים.
"במאמצים שנמשכו חמש שנים, צירפנו מספר רב של טכניקות שכאשר הופעלו יחדיו הצליחו להסביר את התופעות הייחודיות הקשורות לאילוח ננו-גבישים" אומר תלמיד המחקר מוקטא.
"המחקר מכשיר את הקרקע לפיתוח יישומים פוטנציאליים רבים עם ננו-גבישים בתחומי אלקטרוניקה, אופטיקה, חישה ופתרונות אנרגיה אלטרנטיביים" אומר פרופ' בנין. "אנו צופים ומקווים שכעת יהיה ניתן לפתח שימושים בננו-גבישים מאולחים כדי ליצור סוגים חדשים של תאים סולאריים, חיישנים וטרנזיסטורים. שיטת ההכנה של התקנים כאלו יכולה להתבצע בגישות כימיות זולות הבונות את ההתקנים מאבני הבניין הננו-מטריים 'מלמטה-למעלה'".
