פרופסור אברהם ניצן

חדר: אורנשטיין 407; טל 6408904; פקס: 6423765; דואר אלקטרוני: nitzan@post.tau.ac.il

תחום המחקר: דינמיקה כימית (מחקר תיאורטי וחישובי)

נושאי המחקר: (1) תהליכים כימיים בפאזות מעובות

(2) תהליכים אלקטרוניים בפאזות מעובות ועל מישטחים

(3) תהליכי העברת אלקטרון בפאזות מעובות ובמשטחים בין פאזיים

(4) דינמיקה של יונים באלקטרוליטים מוצקים ופולימריים

(5) העברת יונים בממברנות ביולוגיות

(6) פוטופיסיקה ופוטוכימיה בפאזות מעובות בצברים ועל משטחים

(7) פתוח שיטות נומריות לסימולציה וחשוב של תהליכים דינמיים בפאזות מעובות

מדוע זה מענין?: למרות שמשוואות היסוד של הדינמיקה הכימית ידועות (משוואות ניוטון במכניקה קלסית ומשוואת שרדינגר במכניקת קוונטים, יכולתנו לתאר ברמה בסיסית תהליכים כימיים בפאזות מעובות היא מוגבלת. הסיבה לכך היא הסיבוכיות הגדולה של המערכת: גם אם אנו מעונינים במה שקורה במערכת סופית וקטנה, התהליכים קורים במערכת זו כאשר היא מושפעת מסביבתה - מספר גדול של דרגות חופש המשפיעות על התהליך בו אנו מעונינים. הבטים אחרים של הסיבוכיות הזו נובעים מהשתתפותם של סקלות זמנים ואורכים הפורסות תחום רחב של סדרי גודל (בעיה דומה לזו הניצבת בפני מי שמנסה לחזות את מזג האויר מעל ת"א - תופעה התלויה במה שקורה בכל אטמוספירת כדור הארץ). הנה מספר שאלות בסיסיות בהן אנו נתקלים:

• כיצד מהלך ריאקציה כימית ומהירותה תלויים בתווך בו היא מתרחשת (ממס, פני שטח, צבר בגודל נתון)?

• האם מכניקה קלסית מספיקה לתאור התהליך?

• כאשר התהליך הוא קוונטי והממס ניתן לתאור קלסי, כיצד נתאר את שניהם ביחד?

• מהם הגורמים המשפיעים על תהליכי העברת מטען (הולכה אלקטרונית בתווכים אטומיים, הולכה יונית בפולימרים, העברת יונים דרך ממברנות ביולוגיות)

• מהי המוליכות החשמלית של אטום? של מולקולה?

• כיצד נבצע סימולציות נומריות ראליסטיות של התהליכים שהוזכרו למעלה?

דוגמאות

מדוע זה חשוב?: התהליכים שהוזכרו למעלה הם תהליכי יסוד בכימיה, אולם בנוסף הם נמצאים ביסודם של תופעות רבות בביולוגיה מולקולרית (ומכאן שימת הדגש על פאזות מעובות ועל פני שטח). תהליכי מעבר אלקטרון שולטים על ריאקציות חמצון חיזור ומהווים את הבסיס לכל התופעות האלקטרוכימיות, וכמו כן הם התהליכים הראשוניים ברוב תופעות הקורוזיה מצד אחד ובפוטוסינטזה ובראיה מצד שני. הענין בפולימרים מוליכים שואף תנופה משמושים טכנולוגיים עכשוויים ופוטנציאליים של חומרים כאלה. בדומה, הענין בהולכה אלקטרונית במערכות אקזוטיות (אטומים, מולקולות, Nano-Electrodes, Quantum Dots ) נשען על ההכרה שמוליכים כאלה יכולים להוות את הדור הבא של טרנזיסטורים והתקנים אלקטרוניים זעירים אחרים, ובכך להוריד בעד שלושה סדרי גודל את ממד ההתקן. העיסוק במחקר השימושי הוביל בתחומים אלה לניסוח שאלות בסיסיות חדשות ולטיפול בהן.