גילוי חדש במעבדה של פרופ' אלה זאק

גילוי חדש במחקר שהתבצע במעבדה של פרופ' אלה זאק התפרסם בכתב העת היוקרתי - Applied Physics Reviews: תופעה אופטית ייחודית הקרויה קתודו-לומינסנציה, יכולה להתרחש בננו-צינוריות ואיננה קיימת בגביש המקרוסקופי.

פרופ' אלה זאק

צילום: סיון פרג'

פרסום של פרופ' אלה זאק בעמ' ראשון של כתב עת מוביל

מאמר של פרופ' אלה זאק עם שותפים מתפרסם במגזין NATURE

 
הגילוי החדש הזה נחשף במחקר שהתקיים במעבדה לסינתזה וחקר ננו-חומרים בראשות פרופ' אלה זאק. 
 

שם המחקר:
"קתודו-לומינסנציה בננו-צינוריות חד- ורב-שכבתיות מסוג WS2: עדות לכליאה קוונטית ולמאמץ במבנה הגבישי"
(Cathodoluminescence in Single and Multi-wall WS2 Nanotubes: Evidence for Quantum Confinement and strain effect)
 

המאמר זכה להיות מוצג באופן בולט בדף הבית של כתב העת ויזוהה עם סמל לצד כותרת המאמר, דבר המעיד על חשיבותו. בנוסף פורסמה כתבה מיוחדת על המחקר – "SciLight“.

המחקר נערך על ידי הפוסט-דוקטורנט ד"ר ספטארשי גוש (Saptarshi Ghosh) וקבוצת חוקרים מהארץ ומחו"ל בהנחיית פרופ' אלה זאק, במעבדה לננו-חומרים ב-HIT, ונתמך על ידי מענק מהקרן הלאומית למדע (ISF).

המאמר עוסק במחקר על סינתזה של ננו-צינוריות בקוטר של 5 ננומטר ואורך 200 ננומטר, העשויים משכבה מולקולרית אחת של טונגסטן דיסולפיד (WS2), ובבדיקה של התכונות האופטיות של ננו-צינוריות בודדות.

פרופ' זאק ועמיתיה הצליחו במסגרת המחקר לפתח תהליך ייצור מיוחד עבור הננו-צינוריות הללו. "תהליך הסינתזה של הננ-צינוריות החד-שכבתיות והדו-שכבתיות לא היה פשוט" - אומרת פרופ' אלה זאק. "אך שימוש בריאקטור פלסמה במתח וטמפרטורה גבוהים איפשר לנו ליצור כמות גדולה מהן וכן לחקור את תכונותיהן". 

למרות גודלן הקטן, הננו-צינוריות הללו מתנהגות כמוליכים למחצה כפי שמתנהג טונגסטן דיסולפיד במצב המקרוסקופי. אבל צוות המחקר גילה שבנוסף לכך, יכולה להתרחש בננו-צינוריות תופעה אופטית הקרויה קתודו-לומינסנציה, תופעה שאיננה קיימת בגביש המקרוסקופי. קתודו-לומינסנציה היא פליטת אור כתוצאה מהתנגשות של אלקטרונים מהירים בחומר. החוקרים מצאו שאורכי הגל של האור הנפלט מהננו-צינוריות המופגזות באלקטרונים מהירים תלויים במספר השכבות בננו-צינורית. אורך הגל של האור הנפלט מצינורית חד-שכבתית הוא קצר מאורך הגל הנפלט מננו-צינורית רב-שכבתית כי פער הפס (band gap energy) בצינורית החד שכבתית הוא גדול יותר. כתוצאה מכך ננו-צינורית חד-שכבתית  מפגינה תופעה מרתקת הנקראת כליאה קוונטית (Quantum confinement).

"הוכחנו באמצעות המחקר שיש הבדל בפערי הפס בין ננו-צינוריות חד-שכבתיות ורב-שכבתיות" אומרת פרופ' זאק. "יהיה מעניין לבחון בעתיד את התלות שיש בין פערי הפס זה למספר השכבות בודדות של הננו-צינוריות".
התכונה הזו התגלתה לחוקרים בעזרת מערכת מיוחדת לחקר ספקטרוסקופיה שהותקנה בתוך מיקרוסקופ אלקטרוני סורק, הפועלת בטמפרטורות נמוכות ( 140- צלזיוס).

לנוכח התכונות האלה, לננו-צינוריות מטונגסטן דיסולפיד יכולים להיות יישומים רבים כגון: קטליזטור לייצור מימן, field effect transistors, photodetectors and other switchable electronics. 
 

פורסם: 05/11/2020