هل يمكن إنتاج مكونات إلكترونية لا يتجاوز حجمها حجم الجزيء الواحد؟ وإذا تمكنا من دمج هذه المكونات في الدوائر الكهربائية، فهل ستعمل بشكل مماثل للمواد التقليدية الكبيرة، أم أنها ربما ستتمتع بخصائص خاصة تسمح بإنشاء أنظمة جديدة تمامًا؟
ويرى الدكتور أورين تال، الذي يقوم حاليا بإنشاء مختبره الجديد في قسم الفيزياء الكيميائية في كلية الكيمياء في معهد وايزمان للعلوم، أن الطريقة الصحيحة للإجابة على هذه الأسئلة هي دراسة الجوانب الأساسية لتوصيل الإلكترون من خلال الجزيئات الفردية "نحن مهتمون بفهم المبادئ الأساسية لتوصيل الإلكترونات من خلال الهياكل النانوية. تعتبر الجزيئات هياكل نانوية مثيرة للاهتمام بشكل خاص، حيث يمكن التحكم بشكل جيد في بنية الجزيء والتركيب الذري وطبيعة الرابطة بين الذرات. تتيح لنا هذه الخاصية دراسة العلاقة بين بنية الجزيء وسلوك تيار الإلكترون الذي يمر عبره. إن الفهم العميق للعلاقة بين البنية والتوصيل سيسمح لنا بالتحكم في التيار الإلكتروني على مقياس النانومتر، بل وربما يؤدي في المستقبل إلى اختراقات تكنولوجية. بالإضافة إلى ذلك، من الممكن أن نتعلم خلال البحث أشياء جديدة عن العالم الذي نعيش فيه"، كما يقول الدكتور تال.
لدراسة الجزيئات، يجب على الدكتور تال أولاً التقاطها، ولهذا الغرض، يطلق الجزيئات في فضاء الحجرة الفارغة (الفراغ)، والتي يتم تبريدها إلى درجة حرارة أربع درجات فوق الصفر المطلق (269 درجة مئوية تحت الصفر). مصيدة جزيئته مصنوعة من سلك معدني متصل بقاعدة مرنة، عندما يتم دفع القاعدة من الأسفل، يتمدد السلك وينكسر عند نقطة معينة - والتي كانت ضعيفة مسبقاً. الخيط الذي يسمح حجمه بدخول جزيء واحد.
ومن خلال قياس التيار المار عبر السلك، يستطيع الدكتور تال معرفة ما إذا كان الجزيء قد تم احتجازه في الفراغ بين أقسام السلك (الأقطاب الكهربائية)، والتحقق مما يحدث له عندما تمر الإلكترونات عبره لأنه قابل للانحناء تتيح القاعدة التحكم في المسافة بين الأقطاب الكهربائية بدقة في حدود جزء من مائة من أنجستروم (الأنجستروم هو عُشر جزء من مليون من المليمتر)، ويمكن تمديد الجسر الجزيئي الناتج، ويمكن أن يكون تأثير التمدد على التوصيل ممكنًا يتم فحصها وحتى على اهتزازات الجزيء، في الواقع، يصبح الجزيء الملتقط جزءًا من دائرة كهربائية تتضمن الجزيء والقطبين الكهربائيين. كيف يؤثر الجزيء على تيار الإلكترون في الدائرة الكهربائية، أو على خصائص الأقطاب الكهربائية؟
ترتبط الجزيئات الموجودة في تجارب الدكتور تال مباشرة بالأقطاب الكهربائية، وفي كثير من الحالات، يكون لطبيعة الرابطة الكيميائية الناتجة تأثير كبير على خصائص توصيل الجسر الجزيئي.
في بحث ما بعد الدكتوراه، درس الدكتور تال جزيئات بسيطة، مثل الماء الهيدروجيني والبنزين. ومنذ ذلك الحين، تمكن الدكتور تال وطلاب البحث في مختبره، تامار يلين وران فارديمون، من تطوير جزيئات أكثر تعقيدًا، تسمى الأوليجواسينات. والتي تتكون من وحدات متكررة من حلقات القصدير. الجزيء الأساسي في هذه العائلة هو البنزين، وهو عبارة عن حلقة بسيطة تحتوي على ست ذرات كربون. ينزلق جزيء البنزين بين الأقطاب الكهربائية بشكل متعامد عليها، وأثناء تمدد الجسر الجزيئي يميل على جانبه، بحيث يكون التداخل مع الأقطاب الكهربائية صغيرا. تغير هذه الحركة موصلية الجزيء، على غرار التعتيم. إن استخدام الأوليجواسين يجعل من الممكن دراسة الظروف التي تكون فيها موصلية الجسر الجزيئي عالية مثل موصلية ذرات المعدن.
ما الذي يجعل الجسر الجزيئي موصلًا أفضل أو أسوأ؟ بمعنى آخر ما الذي يحدد مرور الإلكترونات عبره؟ يحد كل جسر جزيئي من تدفق الإلكترونات عبره إلى عدد من قنوات التوصيل ذات سعة التوصيل المحدودة. ويتعرف الدكتور طال على هذه القنوات باستخدام طريقة خاصة، تتيح له "الاستماع إلى الضوضاء" التي تنشأ نتيجة عودة بعض الإلكترونات إلى القطب الذي جاءت منه.
هناك دراسة أخرى يخطط الدكتور تال لإجرائها في مختبره في معهد وايزمان للعلوم تتعلق بمجال جديد - "الإلكترونيات السبينية" تعتمد على استخدام خاصية الدوران الإلكتروني بالإضافة إلى خاصية الشحن الغرض من إنشاء الأجهزة الإلكترونية يمكن أن يكون دوران الإلكترونات في إحدى الحالتين: للأعلى أو للأسفل. لتطوير دارات السبينترون، يجب على العلماء تطوير طريقة محكومة للتحكم في حالات السبين والحفاظ عليها. ويعتزم الدكتور تال احتجاز الجزيئات ذات الأشكال المثيرة للاهتمام، على سبيل المثال الجزيئات ذات التناظر اللولبي. وهو يعتقد أن حركة الإلكترونات في بنية تشبه المسمار قد تعطي، في ظل ظروف معينة، الأولوية لتوصيل السبينات في حالة معينة.
شخصي
نشأ أورين تال في موشاف راموت هشافيم. بعد حصوله على درجة الماجستير في الكيمياء في معهد وايزمان للعلوم، واصل دراسة الدكتوراه في قسم الهندسة الإلكترونية في جامعة تل أبيب، في مجال الإلكترونيات الفيزيائية. وفي أبحاث ما بعد الدكتوراه، في قسم الفيزياء بجامعة لايدن بهولندا، بدأ الدكتور تال دراساته التي تتناول التقاط الجزيئات الفردية، بهدف دراسة خواصها الكهربائية للبحث - توصيل الإلكترون في الهياكل الجزيئية - يبقى كما هو"، كما يقول.
الدكتور أورين تال متزوج من شيري، وهو والد جوناثان، ثلاث سنوات، وليا، سنة واحدة. ومن هواياته فنون الدفاع عن النفس اليابانية أيكيدو والرسم والموسيقى.
