פרופסור מחקר דן שכטמן מהטכניון – חתן פרס נובל בכימיה לשנת 2011

פרופסור דן שכטמן מהפקולטה להנדסת חומרים מקבל את הפרס על תגליתו המרעישה: גבישים קוואזי-מחזוריים

הגילוי היה במעבדות  NBS במרילנד, ארה”ב, לשם הוזמן פרופסור שכטמן על ידי  ד”ר ג’ון כאהן, שביקר בטכניון בשנת 1980. באותם ימים עסק פרופסור שכטמן בייצור חומרים מתכתיים על ידי התמצקות מהירה. מה שראה במיקרוסקופ האלקטרונים החודר באותו יום היה דיפרקצית אלקטרונים שהצביעה על כך שהגביש הנבדק הינו גביש בעל סימטריה סיבובית של חמש – סימטריה שנחשבה בלתי אפשרית בגבישים מחזוריים.

 בשנת 1912 אישר המדען הגרמני פון לאווה על ידי דיפרקצית קרני-X  כי לרוב המוצקים מבנה גבישי מסודר ומחזורי, מאז ועד שנת 1982, במשך שבעים שנה בהן נחקרו מאות אלפי גבישים שונים, לא דווח על גילוי גבישים שאינם מחזוריים. בנסיבות אלו התבססה פרדיגמה המגדירה את הגביש כמסודר ומחזורי וקבעת כי  לגבישים מחזוריים יכולה להיות סימטריה סיבובית של 2,3,4 או 6,- לא 5 ולא מספר גדול מ-6. על בסיס זה צמחה תורת הגבישים (הקריסטלוגרפיה), אשר הייתה עד שנות השמונים “מדע סגור”, שאנשיו אינם מצפים לגילויים מהפכניים.

פרופסור שכטמן ביצע בעקבות הגילוי סידרה של ניסיונות, במטרה לברר מה גורם לסימטריה המחומשת. בתחילה הוא חשב שמדובר בתופעה הקרויה “תאומים”. כששלל אפשרות זו הבין שגילה גבישים חדשים, ובהמשך הוא מצא גבישים כאלה בשלושה חומרים שונים.

פרופסור שכטמן סיים את שנת השבתון שלו. כאשר שב לטכניון, הוא פגש את פרופסור אילן בלך, אשר היה היחיד שהאמין לגילוי שלו, ואף הציע מודל המסביר איך התקבלה דיפרקציה כזו. בקיץ של שנת 1984 חזר פרופסור שכטמן למרילנד ושלח לפרסום, יחד עם פרופסור בלך, מאמר מדעי שכלל את החלק הניסיוני ואת החלק התיאורטי אבל המאמר נדחה.

עורכי ה-Journal of Applied Physics כתבו: “המאמר לא יעניין פיסיקאים. אנו ממליצים לשלוח אותו לעיתון של מטלורגים (חוקרי מתכות)”. המאמר אכן נשלח לעיתון של מטלורגים – Metallurgical Transactions, אשר קיבל אותו אך הודיע כי יפרסמו רק בתוך שנה. פרופסור שכטמן הראה את המאמר לג’ון כאהן, שהציע לשלוח מאמר נוסף, מתומצת, לכתב העת Physical Review Letters. בכתיבת המאמר המתומצת השתתפו ארבעה מדענים – שכטמן, בלך, כהאן והמדען הצרפתי ד”ר דניס גרטיאס. העצה של ד”ר ג’ון כהאן הוכחה כטובה, והמאמר אכן פורסם בתוך שבועות ספורים, בנובמבר 1984. כך נפתח תחום חדש במדע: גבישים קוואי- מחזוריים.

קהילת הפיסיקאים געשה ורעשה, והחרתה-החזיקה אחריה קהילת הכימאים והמתמטיקאים. קהילת ה”מאמינים” של ד”ר שכטמן גדלה והלכה, אבל היא נתקלה בהתנגדות של קהילת הקריסטלוגרפים השמרנית, בראשות פרופסור לינוס פאולינג, אבי הכימיה האמריקנית המודרנית וחתן פרס נובל (פעמיים). ” שכטמן מדבר שטיות”, אמר פעם פאולינג בכנס מדעי, שבו ישב בקהל גם ד”ר שכטמן. “אין דבר כזה קוואזי גבישים – יש רק קוואזי מדענים”. לפני מותו נותר פאולינג היחיד בעולם המדעי שסירב להכיר בתגליתו של פרופסור שכטמן.

היום פרופסור שכטמן הוא פרופסור מחקר בפקולטה להנדסת חומרים בטכניון ובאוניברסיטת איובה בארה”ב, בעל פרסים רבים כגון פרס ישראל,

פרס וולף, פרס אמת ופרס אמינוף של האקדמיה השוודית המלכותית למדעים.

הוא חבר באקדמיה הישראלית למדעים ובאקדמיה להנדסה בארה”ב.

כיום כבר ידוע על מאות חומרים המקיימים את המבנה שגילה פרופסור שכטמן, ומדי שנה מתקיימים מספר כנסים לאומיים ובינלאומיים בנושא.

40 ספרים מדעיים הוקדשו לגבישים קואזי-מחזוריים, ובספרים רבים אחרים עודכן הפרק הדן במדע הקריסטלוגרפיה. בעקבות התגלית ואישושה שינתה האגודה הבינלאומית של מדעני הקריסטלוגרפיה את הגדרת הגביש מיסודה. בישראל הוצמד שם לחומר בעל המבנה החדש –”שכטמנית”.

מושגי יסוד

 להלן הסברים בסיסיים לכמה מושגים המופיעים בכתבה:

דיפרקציה  הינה התפזרות קרינה כתוצאה מאינטראקציה עם חומר.

סימטריה סיבובית פירושה, באופן פשטני, שאם נסובב את הגוף שבו מדובר, נראה שוב ושוב אותה תמונה; לדוגמה, אם נסובב לאט סביבון שעל פאותיו לא כתוב כלום, נראה ארבע פעמים את אותה תמונה, ואז נגיע שוב לנקודת ההתחלה – זוהי סימטריה סיבובית מרובעת. התגלית של פרופסור שכטמן היא קיומה של סימטריה מחומשת בגבישים.

גביש מחזורי מתאפיין בכך שהוא מורכב מיחידת מבנה בסיסית החוזרת על עצמה שוב ושוב, כמו המשושים בחלת הדבש.

בתמונה: פרופסור מחקר דן שכטמן