חוקרים מהטכניון פיתחו מקור אור מבוסס שכבה אטומית בודדת

למעלה: אור משכבה אטומית המפרידה בין הספינים של פוטונים הנפלטים ממוליך למחצה דו-מימדי. איור: Scholardesigner co.

חוקרים בטכניון פיתחו מקור אור חדש המבוסס על שכבה אטומית בודדת. הפיתוח התפרסם במאמר שהופיע בכתב העת המדעי Nature Nanotechnology. התגלית מבוססת על אינטראקציה של שכבה אטומית בודדת עם מערכי ננו-אנטנות על שבב סיליקון תוך יצירת פגמים בגבישים פוטוניים. היא מאפשר שליטה בספין של הפוטונים הנפלטים בחומר דו-ממדי, וסוללת דרך לפיתוח התקנים פוטוניים חדשים המבוססים על “ספינאופטיקה בסקאלה אטומית”.

המחקר נערך בקבוצה של פרופ’ ארז חסמן, ראש המעבדה לפוטוניקה בסקאלה אטומית, ביחד עם פרופ’ אלעד קורן, ראש המעבדה לננו-חומרים אלקטרוניים וננו-רכיבים בפקולטה למדע והנדסה של חומרים. הוא בוצע והובל על ידי ד”ר קישו רונג (Dr. Kexiu Rong) וד”ר בו וונג (Dr. Bo Wang) בשיתוף ד”ר אלחנן מגיד, ד”ר ולדימיר קליינר, אבי ראובן, בר כהן ושאול כצנלסון.

מהם חומרים דו-מימדיים?

לדברי פרופ’ קורן, “בשנת 2004 נבחנה לראשונה האפשרות ליצירת שכבה אטומית בודדת כשהפיזיקאים אנדרה גיים וקונסטנטין נובוסלוב, לימים חתני פרס נובל בפיזיקה (2010), פיתחו שיטה פשוטה ליצירת שכבות בודדות של אטומי פחמן. הם הצמידו נייר דבק לפיסת גרפיט וקילפו את החומר שכבה אחר שכבה עד להשגת שכבת אטומים בודדת המכונה גרפן. הם הראו ששכבת החומר האטומית שונה מאוד בתכונותיה מתכונותיו של החומר בצורתו התלת-ממדית. זהו חומר חזק פי מאה מפלדה ועם תכונות חשמליות יוצאות דופן. על-פי ההערכות הוא צפוי לחולל מהפכה במוליכים ובמוליכים-למחצה, בצגים ובמסכים, בתאים סולריים ועוד”.

פרופ’ חסמן הסביר: “בעקבות גילוי הגרפן התגלו ונחקרו חומרים דו-ממדיים רבים כגון מוליכים למחצה שונים שמאפשרים לקבל גם תכונות אופטיות מעניינות. שבבים אלקטרוניים סטנדרטיים מבוססים על סיליקון, המגביל מאוד את פיתוח הדור הבא של המחשבים, המחייב שילוב של אלקטרוניקה ופוטוניקה. זאת בין השאר בשל חסרונו של מצב חיוני הקרוי ‘פער אנרגיה ישיר’ בסיליקון. להפתעתנו, במוליכים-למחצה דו-ממדיים התגלה אותו פער אנרגיה ישיר, המאפשר לשלב פוטוניקה ואלקטרוניקה בסדרי גודל ננומטריים, לייצר בעזרתם התקנים פוטוניים אקטיביים ולסלול דרך לדור הבא של השבבים”.

אלקטרוניקה מסוג חדש

כדי למזער את השבב האלקטרוני ולהגדיל באופן משמעותי את מהירות העיבוד ואת קצב העברת האינפורמציה, הגישה המקובלת כיום היא ספינטרוניקה – ביצוע פעולות על הספין, אחת מתכונותיו החשובות של האלקטרון, ולא על זרם האלקטרונים. לפני כמה שנים ייסד פרופ’ ארז חסמן מהטכניון תחום חדש בשם ספינאופטיקה, המאפשר לנצל את הספין של הפוטונים באמצעות מטא-משטחים לטובת העברה ועיבוד אינפורמציה בשבבים פוטוניים. העברת האינפורמציה מבוססת על שליטה בספין הפוטוני בעזרת ננופוטוניקה – אופטיקה בסקאלת הננומטר.

מוליכים למחצה דו-ממדיים, מאופיינים ברמות אנרגיה שהפליטה מהם תלוית ספין (Spin valleys). החוקרים בטכניון החליטו לנצל את התכונה הזאת ולצמד שכבה אטומית בודדת של טאנגסטן סלנייד  לננו אנטנות המאפשרות לקבל מקור אור והתקנים פוטוניים אחרים באמצעות תוך שליטה ועיבוד אינפורמציה ברמת הספין הפוטוני. הם הצליחו לייצר מקור אור משכבה אטומית בודדת המפרידה וממיינת בין הספינים של הפוטונים הנפלטים מהמוליך למחצה הדו-ממדי. תגלית מדעית זאת תאפשר לשלב בין ספינטרוניקה וספינאופטיקה ולפתח התקנים מסוג חדש בקנה מידה אטומי.

אתרי מעבדות המחקר:

https://hasman.technion.ac.il

https://koren.net.technion.ac.il

תערוכת 2019 LASER World of PHOTONICS תתקיים במינכן בתאריכים 24-27 ביוני

התערוכה הדו-שנתית LASER World of PHOTONICS תתקיים השנה במרכז הירידים במינכן, גרמניה, בימים 24 ועד 27 ביוני 2019. מדובר באחד מהארועים התעשייתיים הגדולים בעולם בתחום הפוטוניקה והלייזרים. השנה התערוכה מרחיבה את תחומי העניין שלה ותרכז תצוגות בתחומי המערכות, רכיבים ויישומי פוטוניקה לענפי התעשייה כמו ביוטכנולוגיה ורפואה, אופטיקה, אופטרוניקה, תעופה וחלל, רכיבים ומערכות פוטו-וולטאיות.

בנוסף, יוצגו פתרונות ומוצרים חדשים בתחומי יישומי הלייזר בתעשיית הרכב והאלקטרוניקה, חיישנים ומערכות הדמיה, פתרונות בקרה ומדידה, רכיבים ומערכות לייזר ביישומי חקלאות מתקדמת, בתעשיית המידע (IT) ועוד. אזור מיוחד יוקדש השנה לחברות סטארט-אפ חדשניות ומבטיחות, ויינתן פרס מיוחד לחברות החדשניות ביותר.

בתערוכה הקודמת שהתקיימה בשנת 2017 השתתפו כ-1,290 חברות בינלאומיות וביקרו בה כ-33,000 אנשי מקצוע מכל רחבי העולם. במהלך התערוכה השנה יתקיימו הרצאות, הדגמות ופאנלים, בהם: פורום פוטוניקה ועיבוד לייזר, יישומים ביו-פוטוניים ורפואיים, פורום לייזר ואופטיקה ועוד.

הכניסה להרצאות האלו כלולה במחיר הכניסה לתערוכה. במקביל, ייערך במקום גם קונגרס “עולם הפוטוניקה”, שההשתתפות בו מותנית ברישום מוקדם ובתשלום נפרד. בשנת 2017 השתתפו בקונגרס עולם הפוטוניקה כ-5,000 אנשי מקצוע, נציגי האיגודים מקצועיים וחוקרים ממוסדות מחקר ואקדמיה.

למידע נוסף ורישום: LASER World of PHOTONICS

לפרטים נוספים: נציגות ירידי מינכן בישראל, 03-6492050, [email protected]

מכוני פראונהופר מחפשים שת”פ בישראל בתחום הפוטוניקה

תעשיית הפוטוניקה הגרמנית מחפשת שיתופי פעולה עם חברות ישראליות בתחום רכיבי וטכנולוגיות אופטרוניקה. בשבוע שעבר הגיעה לישראל משלחת של ארבעה מכונים מקומפלקס מכוני פראונהופר, במטרה להיפגש עם חברות ישראליות. הארוע אורגן על-ידי איגוד תעשיות הפוטוניקה בישראל, הפועל במסגרת איגוד ההייטק בהתאחדות התעשיינים.

יו”ר איגוד תעשיות הפוטווניקה, חיים רוסו, סיפר ל-Techtime שהמשלחת הגרמנית כללה את נציגי מכון IPMS, מכון FMD, מכון IPT ומכון IZM, המייצגים את אשכול הפוטוניקה הגרמני. במהלך המפגש הוצגו שיטות חדשות לייצור אופטיקה בטכנולוגיות מיוחדות, ציפויים אופטיים מתקדמים, ופיתוח שיטות ומכונות אוטומציה להרכבת מערכות אופטיות מדוייקות. רוסו: “כל מכון הציג את הפעילות שלו בפני 50 החברות הישראליות שהשתתפו בארוע, ולאחר מכן נערכו מפגשים ישירים בין המכונים לבין החברות הישראליות”.

התעשייה הישראלית מחפשת טכנולוגיות בחו”ל

“למחרת הם ביקרו בחברת אלאופ ובחברת אופיר אופטרוניקס והביעו התפעלות עצומה. להערכתנו, 72 מכוני פרנאופר הם הכתובת המתאימה לשיתופי פעולה עם ישראל. הצ’רטר שלהם בגרמניה הוא לספק תמיכה בתעשייה, כאשר המדינה משתתפת בעלויות בתנאי שכ-70% מהתקציב שלהם מגיע מהתעשיה ומקרנות תחרותיות”. גרמניה נחשבת למובילה הבלתי מעורערת של תעשיית האופטרוניקה באירופה. היא אחראית לכ-40% מהפעילות של יבשת אירופה בתחום. תעשיית האופטרוניקה הגרמנית מעסיקה כ-130,000 עובדים, ומכירותיה בשנה מסתכמות בכ-30 מיליארד אירו.

“אנחנו מזהים תהליך שבו התעשיות הישראליות מחפשות מקורות למו”פ בחוץ, מכיוון שאף אחד לא מסוגל להשתלט על כל הטכנולוגיות. אם אנחנו רוצים לחזק את תעשיית הפוטוניקה הישראלית, צריך לחזק הקשר עם מכוני מו”פ בעולם, ובגרמניה בפרט. החזון שלנו הוא להקים מכון מהסוג הזה בישראל, שיידע לתמוך בתעשייה הישראלית”. אם בעבר היתה קשורה תעשיית האופטרוניקה למוצרים צבאיים מיוחדים או לתקשורת אופטית, כיום היא נעשית מרכיב מרכזי בתעשיית הטכנולוגיה, הודות לשימוש הגובר בחיישנים ולבלימת חוק מור.

איגוד הפוטוניקה הישראלי החל לפעול השנה בהובלת ותיקי הענף דן וילנסקי, ברוך גליק וחיים רוסו. מפגש שהתקים לפני שבוע היה המפגש השלישי האחרונה שאותו האיגוד אירגן, לאחר מפגש ההתנעה שהתקיים בחודש נובמבר 2017.

האופטיקה מייצרת תמונת שוק חדשה

להערכת חברת המחקר IC Insights, המכירות של רכיבי האופטרוניקה בעולם יצמחו ב-11% בשנת 2018 ויגיעו להיקף של כ-40.9 מיליארד דולר. מדובר בצמיחה עקבית הנמשכת כבר למעלה מעשור. החברה מעריכה שהדרישה תקבל האצה בשנים הבאות, בגלל התרחבות השימוש בחיישנים אופטיים למערכות שליטה ובקרה, החל מסמארטפונים וכלה במיכשור רפואי. תחום נוסף הנמצא בצמיחה הוא של חיישני אינפרא אדום וקורני לייזר, הדרושים למערכות סריקה תלת מימדיות, מצלמות תלת מימד, יישומי מציאות רבודה, המפעל החכם, כלי רכב חכמים ועוד.