חוקרים בטכניון זיהו תופעה פיזיקלית בשם "אפקט נעילת הספין כתוצאה מתנועה בראונית", המאפשרת גילוי של סדר במערכת פיזיקלית לא מסודרת. מאמר על התגלית פורסם לאחרונה בכתב העת Nature Materials. לתגלית אחראים פרופ' ארז חסמן מהפקולטה להנדסת מכונות ומרכז הקוואנטום ע''ש הלן דילר בטכניון ועמיתיו בסין פרופ' בו וואנג וקבוצת המחקר שלו. פרופ' וואנג עשה את הפוסט-דוקטורט בקבוצתו של פרופ' חסמן והיה שותף לפריצת הדרך של לייזר ספין מחומרים דו-ממדיים.
2 צפייה בגלריה
אפקט נעילת ספין של הפוטונים שמפוזרים מננו-חלקיקים בתוך נוזל הנעים אקראית בגלל תנועה בראונית
(איור: מתוך המחקר)
ספין היא אחת התכונות של חלקיקים אלמנטריים והוא מתאר את ה"סחרור" שלו. זהו תיאור ציורי ולא מדויק, אולם כך נהוג לתאר את הספין.
תנועה בראונית, שנקראת גם "הליכת שיכור", הינה תנועה שבה שבה חלקיקים זעירים (לאו דווקא קטנים כמו אטומים), שקועים בנוזל או שצפים על פניו, נעים בצורה אקראית. היה זה אלברט איינשטיין שהפך את התנועה הבראונית למפורסמת כאשר פרסם את תוצאותיו ב-1905.
ככל שהיה ידוע עד כה, התנועה הבראונית גורמת לכך כאשר פוטון פוגע בחלקיק, פיזורו מהחלקיק יהיה כאוטי, ובמונחים מדויקים - לא מקוטב ולא קוהרנטי, וכמוהו הספין של אותו פוטון.
חוקרי הטכניון ביקשו לבדוק אם במצבים ספציפיים של אינטראקציית אור-חומר עשוי להיווצר סדר בספין, והראו כי הדבר אפשרי. כאשר הם הקרינו אור לייזר על חלקיקים ננומטריים בנוזל בטמפרטורת החדר הם גילו כי הפוטון המתפזר הצידה אל מחוץ טווח הפגיעה של הלייזר "ננעל" בספין שלו. הם מראים כי נעילת הספין נובעת דווקא מהתנועה האקראית של החלקיקים - התנועה הבראונית.
התהליך האמור איפשר לחוקרים למדוד את גודל החלקיקים, זאת משום שאפקט נעילת הספין תלוי בגודל החלקיקים ובסוג החומר ולכן מעיד עליהם.
פרופ' חסמן אמר: "התגלית שלנו היא דוגמה יפה לחשיבותה של הפיזיקה הניסויית. הראינו שדווקא המערכות הלא מסודרות ביותר בזמן ובמרחב הן המפתח להיווצרות סדר עמוק. אפקט נעילת הספין במערכת עם תנועה בראונית היא תופעה שלא הייתה ידועה, ואנחנו מקווים ומאמינים שיישומיו, החל באפיון ננו-חלקיקים ועד לפיתוח טכנולוגיות אופטיות חדשות, יתרמו משמעותית למדע ולתעשייה בעתיד".
המחקר נתמך על ידי הקרנות הלאומיות למדע בישראל ובסין.
