פרס וולף בפיזיקה לפרופ’ יוסף אמרי ממכון ויצמן על פיתוח תחום הפיזיקה של מערכות מזוסקופיות ומערכות אקראיות

הפיזיקה המזוסקופית, עוסקת במערכות שהן קטנות בהרבה מן העצמים שאנו חווים בחושינו (עצמים מאקרוסקופיים), אך גדולות באופן משמעותי מאטומים בודדים.

ועדת השיפוט של פרס וולף בפיזיקה לשנת תשע”ו 2016 החליטה פה אחד להעניק את הפרס לפרופ’ יוסף אמרי ממכון ויצמן, ישראל, על מחקריו החלוציים בפיזיקה של מערכות מזוסקופיות ומערכות אקראיות.

פרופסור יוסף אמרי הוא האב המייסד העיקרי של הפיזיקה המזוסקופית, תחום החקר של מערכות שהן קטנות בהרבה מן העצמים שאנו חווים בחושינו (עצמים מאקרוסקופיים), אך גדולות באופן משמעותי מאטומים בודדים. אמרי יצר, פיתח והוביל מושגי יסוד בתחום מחקר זה אשר מהווה את הבסיס המדעי לננו-מדע ולננו טכנולוגיה של היום.ננו טכנולוגיה איננה רק הישג טכנולוגי – היא מביאה לידי ביטוי אפקטים קוונטיים חשובים. בסקלה המאקרוסקופית אפקטים קוונטיים באים לידי ביטוי רק בחומרים מיוחדים, כגון על-מוליכים ועל-נוזלים. אמרי חזה שניתן יהיה לראות אפקטים כאלה בסקלה מזוסקופית גם בחומרים רגילים. לדוגמא, בסקלות מאקרוסקופיות ההתנגדות החשמלית של מוליך זרם סטנדרטי משתנה ברציפות, כתלות בממדיו. לעומת זאת, בסקלות קטנות ההתנגדות החשמלית יכולה לקבל רק ערכים שהם כפולות שלמות של e^2/h, כאשר e הוא מטען האלקטרון ו-h הוא קבוע פלנק.

בנוסף, בתוך טבעות קטנות העשויות ממוליך רגיל יכול לזרום זרם חשמלי ספונטני, כזה שאינו דועך ואינו נזקק למקור אנרגיה כגון סוללה. זרם זה מאופיין לא רק על ידי המשרעת שלו, אלא גם על ידי פאזה המשקפת את אופיו הקוונטי. בסקלות מאקרוסקופיות זרם כזה קיים רק בעל-מוליכים. הפאזה האמורה גורמת לתנודות במוליכות החשמלית כתלות בשטף המגנטי הנמדד ביחידות של e/h (אפקט אהרונוב-בוהם). יתר על כן, הן המשרעת והן הפאזה של הזרם נתונות לתנודות קוונטיות. חיזויים אלה של אמרי בנוגע לזרמים שאינם דועכים ואפקטים קוונטיים נוספים במערכות מזוסקופיות, נתקלו תחילה בספקנות, אך אושרו בהמשך בניסויים רבים. הזרמים שנמדדו נמצאו כבעלי עוצמה גדולה בהרבה מן המצופה, מה שהיווה חידה לחוקרים במשך שני עשורים. אמרי פתר בעיה זו בכך שלקח בחשבון תנודות של על-מוליכות.

פרופסור אמרי סיפק גם תובנות חלוציות לפיזיקה של מעברי פאזהבמערכות סופיות ובממדים נמוכים, תגליות המהוות נכסי צאן ברזל של הפיזיקה המזוסקופית של היום. התיאוריה שלו אודות מעברי פאזה בשדות אקראיים, אשר פותחה במשותף עם K.S. Ma, היא תרומה יסודית המשפיעה על כל תחום המכניקה הסטטיסטית. ניתוחים וחיזויים שערך בנושא של מעבר בין מתכת ומבודד, כתלות בגודלם, אושרו באופן ניסיוני והשפיעו עמוקות על המחקר בפיזיקה של המצב המוצק. ראוי גם לציין כי הניתוח שערך בנושא של Bose condensation בהליום-4 מוצק הקדים בשלושה עשורים את הפריחה האדירה המתרחשת היום בתחום חקר מוצקי-על.
פרופסור יוסף אמרי הוא פיזיקאי בעל ראיית נולד מרשימה, לעיתים שנים לפני זמנו, שמחקריו נמצאים בחוד החנית של מספר תחומיםבפיזיקה. עבור תרומות אלה מוענק לו פרס וולף בפיזיקה לשנת 2016.