כחומר ביד היוצר

במהלך פוסט הדוקטורט שלה באוניברסיטת קולומביה, בה שהתה במשך שנתיים, עסקה ד"ר תמי גולדזק בפיתוח של שיטות חישוב מדויקות של חומרים. "פיתחנו שיטות חדשות אשר יכולות לנבא מבנה של חומרים ננו מטריים ומוצקים - תכונות מכניות ותכונות אופטיות – ולא רק של מולקולות בודדות", היא מספרת. "מדובר בשיטות חישוב שמנבאות תכונות של חומרים ללא ידע מוקדם עליהם, על בסיס מכניקה קוונטית. על ידי ביצוע סימולציות של פתירת משוואת שרדינגר במחשב, אנחנו יכולים לבנות מודלים המדמים ניסוי, ולבצע ניסויים על המחשב של ריאקציות, או תהליכים, ולראות איך האטומים והאלקטרונים מתנהגים. תחום המחקר הזה מסייע בהבנת תהליכים שבניסויים בשטח לא מבינים אותם, בביצוע תכנון חכם ויעיל יותר של ניסויים ובהבנה עמוקה יותר שלהם ברמה האטומית, מבלי להוציא את התכנון בפועל. אנחנו בונים מודלים, בודקים איך האלקטרונים מתנהגים, ומתכננים את הניסוי הבא בהתאם. במסגרת המחקר שלי עבדתי בשיתוף פעולה עם נסיונאים, לחישוב תכונות של קיוביטים שמבוססים על מולקולות של מתכת הכרום, ובדקנו האם ניתן לשנות את התכונות האופטיות שלהן ע"י החלפה של ליגנדות שונות. כלומר האם ניתן, על ידי סינתזה של מולקולות שונות שבהן האטום המרכזי הוא אטום הכרום, לשנות את אורכי הגל בהן המולקולה הזו בולעת או פולטת את האור. אם הדבר אפשרי, פירוש הדבר הוא שאפשר להנדס את התכונות האופטיות של המולקולה ע"י שינוי המולקולות הצמודות למולקולת האטום, ולבנות קיוביטים שיש להם תכונות אופטיות שונות – מה שיכול לסייע מאוד בפיתוח של סנסורים קוונטיים".

ד"ר גולדזק (40), נשואה ואם לשלושה ילדים, הצטרפה לפקולטה להנדסה לפני כשנה. חודשיים לאחר מכן ילדה את בנה השלישי ויצאה לחופשת לידה. היא שבה לפקולטה עם תחילת שנת הלימודים הנוכחית. היא תיאורטיקנית וחישובית, ויושבת על התפר שבין המסלולים לאלקטרו-אופטיקה, ננו-אלקטרוניקה ותוכנית חדשה המתבשלת בימים אלה בפקולטה: התוכנית להנדסת חומרים. בנוסף, הצטרפה למכון הננו, ופתחה בו את המעבדה לחישוב תכונות קוונטיות של חומרים (Quantum Computational Materials lab). בסמסטר אביב היא תלמד קורס חדש לתארים מתקדמים, "מבנה אלקטרוני של חומרים ומולקולות ", המיועד לבוגרים ולבוגרות של קורסי בסיס במכניקה קוונטית.

את דרכה התחילה ד"ר גולדזק בפקולטות להנדסת חומרים ולכימיה בטכניון. את התואר השלישי עשתה במכון הננו-טכנולוגיה בטכניון ובפקולטה לכימיה, אצל פרופ' נמרוד מוסייב, והתמחתה בכימיה תיאורטית. "בדוקטורט שלי חקרתי מכניקה קוונטית לא-הרמיטית, והתמקדתי בחקר תהליך שנקרא מנגנון דעיכת קולומבית בין אלקטרונים בננו-מבנה שמבוסס על בורות קוונטיים. במסגרת המחקר תכננו ננו-מבנה מסוים, שיאפשר לגלות מקורות אור כשהאינטראקציה בין האלקטרונים תוגבר. המבנה מיועד לזהות בצורה מאוד מדויקת מה אורכו של גל ספציפי שנבלע בחומר – מה שיכול להוביל לפיתוח של גלאי אור קוונטי".

לאחר הדוקטורט המשיכה ד"ר גולדזק לפוסט דוקטורט בפקולטה לכימיה ב-MIT, שם התמקדה בשיטות חישוב מתקדמות של תכונות של חומרים. הייתי שם שנתיים, ובמהלכם חישבנו תכונות אופטיות של חומרים ננו-מטריים שנקראים נקודות קוונטיות. ע"י הסימולציות הבנו מה קורה על פני השטח של הנקודות הללו, וכיצד ניתן לשנות את פני השטח שלהן כך שהתכונות האופטיות של החומרים הללו יהיו יעילים יותר". אחרי MIT המשיכה, כאמור, לקולומביה, והעמיקה את הידע וההבנה שלה בכימיה חישובית, ובתכונות האופטיות של ננו-חומרים.

גם היום מתמקד המחקר של ד"ר גלדזק בחומרים ננו-מטריים, או חומרים דו-מימדיים, שבהם יש אינטראקציה בין אור לחומר. "המטרה שלי היא פיתוח וגילוי חומרים ננו-מטריים חדשים, שיבלעו ויפלטו אור בצורה יעילה יותר, שיהוו בסיס לאפליקציות של אינפורמציה קוונטית, ויכולים להיות אבני הבסיס לטכנולוגיות קוונטיות חדשות - לדוגמה, לפיתוח של גלאים קוונטיים, טכנולוגיות סולאריות וכדומה", היא אומרת. "בעתיד, אני רוצה להשתלב במחקרים העוסקים בחומרים חדשים גם בתחום האנרגיה הירוקה והקיימות. אני מחפשת לצרף למעבדה שלי סטודנטים וסטודנטיות בכל התארים, בעלי מוטיבציה, רצוי עם רקע במתמטיקה, פיזיקה, כימיה, מחשבים או הנדסת חומרים".

נשמע מעניין? לפרטים נופים ולשליחת קורות חיים לד"ר גולדזק, או שלחו אליה אימייל: tamar.goldzak@biu.ac.il.

ד"ר גולדזק הולכת ללמד החל משנת הלימודים הקרובה בתוכנית להנדסת חומרים