הקשקשים העקומים של הגחלילית לימדו נורות לד להאיר חזק יותר

בערב קיץ חמים, בשולי אחו, עולים מתוך העשב הגבוה אורות קטנים בצבע ירוק־זהוב, מהבהבים וכבים שוב. גחליליות הדליקו את הפנסים שלהן הרבה לפני שמישהו המציא מנורה. בשנת 2013 התבוננה קבוצת פיזיקאים מקרוב מאוד באחד הפנסים האלה, וחזרה עם דרך להוציא יותר אור מנורת לד, האור החשמלי הזעיר שבתוך נורות ומסכים מודרניים.

איפה האור נתקע

הגחלילית מייצרת את האור שלה בתוך הבטן, באיבר קטן שנקרא פנס. אבל לייצר את האור זו רק חצי מהעבודה. הוא עוד צריך לצאת החוצה. הזוהר חייב לעבור דרך המעטה החיצוני של החרק, הקוטיקולה, ומשם אל האוויר, והאור נע במהירות שונה בכל אחד מהם. בגבול כזה חלק מהאור אינו חוצה אלא מוחזר פנימה, וכל מה שמוחזר אבוד לערב. לנורת לד יש בדיוק אותה צרה: חלק מהאור שנוצר בתוכה מוחזר מפני השטח ולעולם אינו יוצא.

החוקרים, מ־University of Namur שבבלגיה יחד עם עמיתים מצרפת ומקנדה, חקרו גחליליות מהסוג Photuris, שחיות באמריקה הלטינית ובארצות הברית. מתחת למיקרוסקופים חזקים הם מצאו על פני הפנס צלעות זעירות, קטנות מכדי לראות בעין. הם מצאו גם משהו גדול יותר, והרבה פחות מסודר.

גג של רעפים עקומים

הקשקשים שמכסים את הפנס אינם מתיישבים יפה זה על זה. כל אחד מהם עולה על שכנו, והקצה שלו מזדקר באלכסון, כמו רעפים על גג שהונח ברישול. הצוות קרא לזה צורה של גג מפעל. הקצוות המשוננים חוזרים בערך כל 10 מיקרומטרים ומתרוממים לגובה של כ־3 מיקרומטרים, ומיקרומטר הוא אלפית המילימטר. מודלים ממוחשבים הראו שדווקא הקצוות העקומים האלה, ולא הצלעות העדינות, הם שעזרו לאור להימלט יותר מכול. השיפועים החדים מציעים לאור יותר זוויות שדרכן הוא יכול לצאת.

• ≈ 10 מיקרומטר בין קצה משונן אחד של קשקש לבא אחריו אצל הגחלילית
• ≈ 3 מיקרומטר גובה הקצוות האלה אצל הגחלילית
• 5 מיקרומטר הגובה והרוחב של ההעתק שנעשה על נורת הלד
• 55% תוספת האור הגדולה ביותר שהוציאה נורת הלד המצופה

ואז הצוות שאל את הרעיון. על נורת לד רגילה מגליום ניטריד הם הניחו שכבה רגישה לאור ועיצבו אותה בלייזר לאותו פרופיל משופע, מוגדל ל־5 מיקרומטרים בגובה וברוחב כדי שיתאים לחומר החדש. נורת הלד המצופה הוציאה עד 55 אחוזים יותר אור מאותה נורה בלי הציפוי. העבודה התפרסמה כשני מאמרים בכתב העת Optics Express בינואר 2013. נוח גם שהשכבה מונחת מעל נורת לד מוכנה, כך שאין צורך לתכנן מחדש את מה שמתחתיה.

במה אנשים טועים לעיתים קרובות

קל להניח שמנורה בהירה יותר צריכה יותר חשמל, או שמשטח חייב להיות חלק ומלוטש כדי להעביר אור היטב. הגחלילית מראה את ההפך בשני המקרים. הפנס שלה מחוספס בכוונה, והרווח בא מכך שפחות מהאור שכבר נוצר הולך לאיבוד. גם המספר דורש זהירות: 55 אחוזים היו התוצאה הטובה ביותר על נורת לד ניסיונית במעבדה, והם מודדים כמה אור מצליח לצאת, כך שאין כאן הבטחה לגבי הנורה שבמטבח שלכם. ועוד תיקון קטן לשם שלה באנגלית, firefly, כלומר זבוב אש: הגחלילית איננה זבוב. היא חיפושית, ממשפחת Lampyridae.

כמובן, שום דבר מכל זה לא היה מה שהגחלילית התכוונה אליו. היא לא ניסתה להאיר חדר או לחסוך בחשבון החשמל. היא רק רצתה שיבחינו בה מקצה אחו חשוך, וגג קצת מבולגן התברר כדרך הטובה ביותר לעשות את זה.