تتيح لنا الأجهزة ذات الأبعاد النانومترية تعبئة الضوء لأغراض عديدة ومتنوعة - بدءاً بإنتاج الكهرباء من الطاقة الشمسية وانتهاءً بكشف الشوائب والكشف عن المنتجات المزيفة * مختبر الضوئيات النانوية للبروفيسور كوبي شوير في قسم تعمل الكهرباء والإلكترونيات الفيزيائية في كلية الهندسة على تطوير مجموعة متنوعة من التطبيقات الرائعة للتكنولوجيا المبتكرة
يوضح البروفيسور شوير: "نحن نتعامل مع الضوئيات النانوية - تفاعل الضوء مع جزيئات المواد في الأبعاد النانومترية". "اتضح أن الخصائص المرتبطة بالضوء، مثل لون المادة، تتغير بشكل كبير عندما يتعلق الأمر بالجسيمات الصغيرة. على سبيل المثال، المحلول الذي يحتوي على جزيئات الذهب التي يبلغ حجمها 20 نانومتر يظهر باللون الأحمر لأعيننا. يؤثر الشكل الهندسي للجسيمات أيضًا بشكل كبير على سلوك المادة النانوية. نحن ندرس هذه المواد وخصائصها، ونجد مجموعة واسعة من التطبيقات لها - أكثر إثارة للاهتمام، وأكثر إثارة للاهتمام..."
هوائيات نانوية لاستقبال الموجات الضوئية
من بين التطورات الهامة في مختبر البروفيسور شوير، بالتعاون مع البروفيسور يائيل حنين والبروفيسور أمير بوج، يمكن العثور على الهوائيات النانوية - هوائيات صغيرة الحجم يتم تعديلها لتناسب الأطوال الموجية للضوء المرئي. يقول البروفيسور شوير: "بشكل عام، الهوائي عبارة عن سلك معدني بطول معين، يستقبل موجات كهرومغناطيسية ذات طول موجي مناسب، وتقوم الموجات الكهرومغناطيسية بتوليد تيار كهربائي في السلك". "فطول موجات الراديو، على سبيل المثال، يقاس بالمتر، وبالتالي حجم الهوائيات. ومن ناحية أخرى، فإن الطول الموجي للضوء المرئي يقع في نطاق النانومتر، ونحن نعمل على تطوير هوائيات نانوية مناسبة تلتقط موجات الضوء.
ويمكن استخدام الهوائيات النانومترية، التي يبلغ حجمها حوالي نصف ميكرون إلى ميكرون، لإنتاج الطاقة بكفاءة خاصة من ضوء الشمس. بفضل أبعادها، فإنها تمتص نطاقًا واسعًا من موجات الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء، وبالتالي فهي قادرة على الاستفادة من جزء كبير جدًا من الطاقة الشمسية - ما يصل إلى 85%، مقارنة بحوالي 30% فقط في التقنيات الموجودة اليوم . يمكن لمجموعة كبيرة من هذه الهوائيات النانوية، المنتشرة على مساحة كبيرة، إنتاج كمية كبيرة من الكهرباء "الخضراء".
جهاز استشعار نانو للكشف عن المتفجرات
الاتجاه الآخر للبحث الذي أجراه البروفيسور شوير وفريقه هو تطوير أجهزة استشعار نانوية حساسة للغاية، قادرة على اكتشاف وجود مادة غريبة، حتى عندما يتم العثور عليها بكميات صغيرة جدًا. يعد مستشعر النانومتر من هذا النوع مصدرًا للضوء - وهو ليزر ذو عتبة حساسية منخفضة جدًا، والذي يغير لونه تحت تأثير المادة المصممة للكشف عنها. ومن المتوقع أن يكون لهذه المجسات العديد من التطبيقات الواعدة، مثل الكشف عن تلوث المياه في مرحلة مبكرة، والكشف عن الحد الأدنى من وجود المتفجرات والسموم الكيميائية والبيولوجية.
جيروسكوب داخل حبة
تم اختراع الجيروسكوب في القرن التاسع عشر، واستخدم في البداية -في نسخته الميكانيكية الكبيرة- للحفاظ على ثبات البوصلة في السفن المبحرة في المحيطات. وفي وقت لاحق، توسع نطاق التطبيقات بشكل كبير، واليوم يتم تركيب الجيروسكوبات في الطائرات والصواريخ والدبابات والدراجات النارية وحتى الكاميرات والهواتف المحمولة المتطورة. يعمل الباحثون في مختبر البروفيسور شوير، بالتعاون مع مجموعة البروفيسور بيني شتاينبرغ من كلية الهندسة، على تطوير جيروسكوب بصري صغير ودقيق للغاية، والذي سيسمح بالملاحة - ليس بالضرورة في الهواء أو عبر المحيطات. - ولكن، على سبيل المثال، داخل جسم الإنسان. سيتم زرع الجيروسكوب النانومتري داخل الحبة، وسيقوم بتوجيه الدواء مباشرة إلى المكان الذي يحتاجه في جسم المريض.
هياكل صغيرة لمنع التزييف
يمكن استخدام هياكل صغيرة وبسيطة ورخيصة، نتيجة لمشروع آخر لمجموعة البحث، في المستقبل لمنع التزييف - الأوراق النقدية والأدوية والمزيد. سيتم لصق الهياكل النانومترية، التي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة، على الورقة النقدية الأصلية أو المنتج، وسيتم التعرف عليها باستخدام جهاز بصري مناسب. سيؤكد تفاعل معين لهياكل النانومتر مع شعاع الضوء أن المنتج حقيقي بالفعل، وأن الختم لم تنته صلاحيته.
البروفيسور كوبي شوير من كلية الهندسة الكهربائية في جامعة تل أبيب هو عالم رائد في مجال البصريات الدقيقة والبصريات النانوية. المجالات البحثية التي يتعامل فيها هي أجهزة الاستشعار والطاقة المتجددة والاتصالات البصرية. البروفيسور شوير هو عضو أساسي وممثل كلية الهندسة في اللجنة العلمية لمركز تكنولوجيا النانو في الجامعة. نشر أكثر من 60 مقالاً وكتابًا، وسجل أكثر من 10 براءات اختراع.
