ננו-חלקיקים מגנטיים: שער לחדשנות באופטיקה וננו-פוטוניקה

הננוטכנולוגיה, העוסקת במניפולציה של חומרים ברמת האטום והמולקולה, פותחת עולם של אפשרויות הן במחקר והן בשלל יישומים - רפואיים ותעשייתיים. פרופ' דרור פיקסלר, לשעבר ראש המכון לננוטכנולוגיה וחומרים מתקדמים באוניברסיטת בר-אילן, וכיום סגן הדיקן של הפקולטה להנדסה, מסביר כי היכולת לתמרן את המבנים הזעירים הללו פותחת דלתות לטכנולוגיות פורצות דרך - מטכניקות הדמיה מתקדמות ועד מכשירים חסכוניים באנרגיה. ככל שאנו מעמיקים בתחום, התגליות בתחום הננו-חלקיקים המגנטיים מדגישות את תפקידם כזרזי חדשנות באופטיקה ומחוצה לה.

מחקרו של פרופ' פיקסלר מתמקד בחלקיקים מגנטים (MNPs) והיישומים הפוטנציאליים שלהם בתחומי האופטיקה והננו-פוטוניקה. מחקר זה, בוחן את הסינתזה והמאפיינים של חלקיקי ננו מגנט, ושופך אור על משמעותם בטכנולוגיות פורצות דרך.

חלקיקי ננו מגנט, עם התכונות המגנטיות הייחודיות, גודלם המזערי ופני השטח הייחודיים, החלו לייצר עניין משמעותי. אמנם נעשה בהם שימוש נרחב ביישומים רפואיים-ביולוגיים, אך היישום שלהם באופטיקה נחקר פחות עד כה. בשנים האחרונות, הופעתם של ננומגנטים בתרחיף, כמו גם נוזלים פרו-מגנטיים, סללה את הדרך ליישומם באופטיקה, הודות לתכונות המגנטו-אופטיות שלהם.

הסינתזה של ננומגנטים כוללת גישות מגוונות, המחולקות לשיטות down -top ו-up-bottom. הראשונה כרוכה בפירוק חומרים גדולים יותר לננו-חלקיקים באמצעות שיטות פיזיקליות, בעוד שהשניה יוצרת ננו-חלקיקים ממולקולות בשיטות כימיות וביולוגיות. השגת גדלים, צורות, גבישיות והרכבים לפי הצורך דורשת איזון עדין בין טכניקות סינתזה שונות.

חלקיקי ננומגנט הם בעלי פוטנציאל גבוה בשל המגנטיות הרוויה הגבוהה ורמת הרעילות הנמוכה שלהם. הם נמצאים בשימוש נרחב ביישומים ביו-רפואיים, כגון מיקוד תרופות מגנטיות, זיקוקDNA/RNA והדמיית MRI . בנוסף, יצירת פרו-נוזלים - תרחיפים קולואידים של ננו-חלקיקים - פותחת אפיקים להתקנים אופטו-אלקטרונים חדשים באופטיקה ובננו-פוטוניקה.

למרות הפוטנציאל העצום שלהם, קיימים אתגרים ביישום של ננו-חלקיקים מגנטיים. נושאים כמו סינתזה מבוקרת, יציבות ארוכת טווח וכיסוי פני השטח דורשים בדיקה מדוקדקת. המחקר מזהה אתגרים בהשגת קטרים מבוקרים, מורפולוגיות וגבישיות, ומציע אסטרטגיות כמו סינתזה בהשראה ביולוגית או סינתזה בסביבה מוגבלת.

הסקירה מדגישה את ההתפתחויות האחרונות בשימוש בחלקיקי ננו מגנטים ליישומים אופטיים – החל מחלונות "חכמים" ועד אנרגיה סולארית, OLEDS וחיישני שדה מגנטי, ולמעשה האפשרויות הן עצומות. נוזלי ברזל מגנטים הם בעלי תכונות מגנטו-אופטיות ייחודיות והן אידיאליות עבור מגוון מכשירים אופטיים חדשניים וטכניקות הדמיה.

למרות האתגרים, היתרונות הפוטנציאליים הם עצומים. הטיפול בבעיות של בקרה על גודל ויציבות יאפשר פריצות דרך באופטיקה ובננו-פוטוניקה. החיפוש אחר נוזלי ברזל יציבים מבוססי תחמוצת ברזל נותר קריטי עבור יישומים שונים, מטכנולוגיית חלונות "חכמים" ועד הדמיית MRI משופרת.

למאמר המלא 

לתוכניות הלימוד בפקולטה להנדסה