בקתדרלת סנט פול בלונדון קיים אפקט מיוחד מאוד שנקרא "גלריית לחישות": לחישה שנאמרת בקצה אחד של הגלריה נשמעת בקצה השני כאילו הלוחש נמצא ממש ליד המאזין. התופעה מוסברת בכך שגלי הקול נפגשים עם עצמם לאחר שהם מוחזרים מקירות הגלריה, בתופעה שקרויה התאבכות, כך שאפשר לשמוע את הצלילים במרחק גדול בהרבה מהרגיל, מכיוון שהאנרגיה של גלי הקול אינה מתפזרת לכל הכיוונים.
כעת הצליחו חוקרים ליצור אפקט דומה של "גלריית לחישות" גם באלקטרונים, ואף לשלוט במדויק באזור שמחזיר אלקטרונים בתוך החומר. לדבריהם, ההישג הזה יכול לשמש בסיס לסוגים חדשים של עדשות אלקטרונים.
המערכת החדשה מנסה ליישם את אפקט הגלריה הלוחשת לאלקטרונים – חלקיקים טעונים חשמלית הנמצאים באטום. באמצעות חוד דקיק של מחט שבו נהוג להשתמש במיקרוסקופיית מנהור סורקת אפשר לשלוט הן על המקום והן על הגודל של האזור שמחזיר אלקטרונים בגיליון של גרפן – צורה דו-ממדית של פחמן בעובי של אטום אחד – במקום שיתפזרו לכל הכיוונים. כשמייצבים את החוד על הגרפן נוצר על הגיליון מחסום מעגלי שלדברי לאוניד לויטוב, אחד החוקרים, "פועל כמו מראה מעוקמת" לאלקטרונים. המראה הזאת מחזירה את האלקטרונים לאורך המשטח המעוקם עד שהם מתאבכים עם עצמם בדומה לגלי הקול ב"גלריה הלוחשת".
גליון גרפן | איור: Shutterstock (ההעתקה אסורה)
לדברי לויטוב, משתמשים בתופעת הגלריה הלוחשת גם באופטיקה, אבל שם אי אפשר לכוונן את הגלים. ניסיונות קודמים "לכלוא" אלקטרונים השתמשו באטומים שמקומם על פני השטח מדויק ואי אפשר לשנותו, אך המערכת החדשה מאפשרת לשנות את מקום האלקטרונים וכך לכוונן את הגלים.
בגלל תכונותיו הפיזיקליות של הגראפן יש על שטח הפנים שלו שני אזורים, כך שהאזור שנמצא בדיוק מתחת לחוד המחט טעון במטען חשמלי מסוג מסוים – חיובי או שלילי – ואילו האזור הסובב אותו טעון במטען הפוך. כך נוצר גבול בין האזורים שמאפשר לכלוא בתוכו את האלקטרונים, וצומת מעגלי שאפשר לשלוט עליו משמש כמראה מעוקמת שממקדת את האלקטרונים ושולטת בהם.
נוסף על האפשרות לכוונן את המערכת, גם האיכות שלה גבוהה. היא פועלת בטכנולוגיה מבוססת היטב, ולכן אפשר לפתח אותה יחסית במהירות למכשירים שימושיים. ה-STM לא רק יוצר תופעה אלא גם מאפשר לצפות בה.
מדובר בצעד גדול לקראת ייצור עדשות אלקטרונים – עדשות שמאפשרות לראות עצמים בגודל של אלפית מאלה שאפשר לראות בגלי אור רגילים. עדשות אלקטרונים מייצגות גישה שונה באופן בסיסי ממיקרוסקופי האלקטרונים שקיימים היום. המיקרוסקופים האלה "מפגיזים" משטח בקרני אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה ולכן גורמים לאפקטים עדינים בתוך העצמים להיעלם בלי שנוכל לראות אותם. עדשות אלקטרונים , לעומת זאת, אינן נזקקות לאלקטרונים "חיצוניים", אלא משתמשות באלקטרונים בעלי אנרגיה נמוכה שנמצאים בחפץ עצמו, שהוא מושא המחקר, ומאפשרות לצפות בהם.
