מאת פסח בנסון • 9 בנובמבר 2026
ירושלים, 9 בנובמבר 2026 (TPS-IL) – שיתוף פעולה מדעי ישראלי-הודי חשף קשר שלא היה מוכר בעבר בין תנועה מכנית לחשמל, והדגים כי סיבוב של מולקולה בודדת יכול להגביר את יכולתה להוליך זרם חשמלי עד פי 100.
המחקר שאב השראה מבורג ארכימדס, מנגנון עתיק המורכב מלהב ספירלי הכרוך סביב ציר מרכזי. ההתקן, שהומצא לפני יותר מ-2,000 שנה כדי לשאוב מים, עדיין נמצא בשימוש בחלק מתחנות הכוח ההידרואלקטריות. החוקרים הדגימו כעת גרסה של עיקרון זה בקנה מידה מולקולרי, שבה מולקולה בצורת ספירלה מסתובבת, ותוך כדי כך הופכת למוליכת חשמל טובה יותר.
אף שהתגלית אינה מצביעה עדיין על יישום מסחרי מיידי, היא עשויה לפתוח אפשרויות חדשות לתכנון אלקטרוניקה בקנה מידה מולקולרי שבה תנועה מכנית מסייעת לווסת את זרימת החשמל.
חוקרים במכון ויצמן למדע בישראל ושותפיהם הבינלאומיים מצאו כי זרם חשמלי יכול לגרום למולקולה בעלת מבנה ספירלי להסתובב, בעוד שהסיבוב עצמו מקל על מעבר אלקטרונים דרכה. כאשר המולקולה עוברת מתנועה מקוטעת לסיבוב רציף, הזרם החשמלי העובר דרכה יכול לגדול עד פי 100.
המחקר, שפורסם ביום שני בכתב העת שעבר ביקורת עמיתים Nature, הובל על ידי ד"ר אניל קומאר סינג, חוקר הודי שביצע את הניסויים כחוקר בתר-דוקטורט במעבדתו של פרופ' אורן טל במכון ויצמן. סינג הוא כיום חבר סגל במכון הטכנולוגי ההודי במדראס.
שיתוף הפעולה הבינלאומי כלל גם חוקרים מאוניברסיטת אאוגסבורג בגרמניה, אוניברסיטת קופנהגן בדנמרק ואוניברסיטת חוואג'ונג למדע וטכנולוגיה בסין.
מולקולה מסתובבת
הצוות, בהנחייתו של טל מהמחלקה לפיזיקה כימית וביולוגית במכון ויצמן, הניח מולקולה ספירלית בודדת בין שתי אלקטרודות זהב בתנאי מעבדה קרים במיוחד, בטמפרטורה הקרובה לאפס המוחלט.
כאשר החוקרים הפעילו מתח חשמלי, הם הבחינו בתנודות חוזרות ונשנות בזרם שעבר דרך המולקולה. הדפוס הצביע על כך שהמולקולה מסתובבת בכיוון אחד. היפוך כיוון הזרם הפך את הדפוס, והראה שהמולקולה מסתובבת בכיוון ההפוך.
החוקרים הגבירו אז את המתח והבחינו בשינוי דרמטי. ברגע שהוא חצה סף מסוים, הזרם דרך המולקולה זינק בעד פי 100.
חישובים הראו כי עלייה זו מתרחשת כאשר המולקולה עוברת מתנועה מקוטעת של עצירה והתחלה לסיבוב רציף. התנועה החלקה יותר מאפשרת לאלקטרונים לעבור ביתר קלות, והופכת את המולקולה למוליכת חשמל טובה בהרבה.
"הממצאים מציגים עיקרון פעולה חדש למכונות מולקולריות: הזרם החשמלי מניע את המולקולה, בעוד שהסיבוב שלה משפר את המוליכות החשמלית, כך שבאותו מתח יכול לעבור דרכה זרם גדול יותר", אמר טל.
הצוות גילה גם שניתן לכוונן את סף המתח המפעיל את העלייה בזרם על ידי שינוי צורת המולקולה.
"בנוסף, גילינו שניתן לשלוט בסף שבו מתחילה העלייה בזרם באמצעות מתיחה או דחיסה של המולקולה, בדומה לשינוי זווית הלהבים של טורבינה", אמר טל.
כדי להשיג זאת, החוקרים כיווננו את המרחק בין אלקטרודות הזהב במרווחים של פחות מ-0.1 ננומטר (עשירית המיליארדית המטר), ומחו או דחסו את המולקולה שהוצבה ביניהן.
הממצאים עשויים לתרום בסופו של דבר לפיתוח מתגים אלקטרוניים בקנה מידה מולקולרי, חיישנים בעלי רגישות גבוהה ומכונות מולקולריות המשלבות תנועה מכנית עם בקרה חשמלית. מכיוון שמוליכות המולקולה מגיבה לסיבובה, וניתן לכוונן את המתח שמפעיל את השינוי על ידי מתיחתה או דחיסתה, העיקרון עשוי לסייע למהנדסים לפתח רכיבים זעירים המסוגלים לתרגם שינויים מכניים קלים ביותר לאותות חשמליים.
