פרופ' יגאל מאיר מהמחלקה לפיסיקה ומרכז אילזה כץ באוניברסיטת בן-גוריון למחקר בתחום הננומטרי והמזוסקופי פתר תעלומה שהעסיקה את החוקרים בתחום הננו-אלקטרוניקה במשך כעשרים שנה. ממצאיו פורסמו לאחרונה בכתב-העת היוקרתי Nature
פרופ' יגאל מאיר. צילם: דני מכליס, אוניברסיטת בן-גוריון.
פרופ' יגאל מאיר מהמחלקה לפיסיקה ומרכז אילזה כץ באוניברסיטת בן-גוריון למחקר בתחום הננומטרי והמזוסקופי פתר תעלומה שהעסיקה את החוקרים בתחום הננו-אלקטרוניקה במשך כעשרים שנה. ממצאיו פורסמו לאחרונה בכתב-העת היוקרתי Nature.
ננו-אלקטרוניקה עוסקת במעבר אלקטרונים דרך התקנים מיניאטוריים, שגודלם נמדד בננומטרים (חלקי מיליארד של מטר). היחידה הבסיסית ביותר של מבנים כאלה נקראת “צוואר בקבוק קוואנטי” . ניתן לתאר התקן כזה כמעבר צר מאוד בין שני מאגרים של אלקטרונים. ככל שהמעבר רחב יותר גדלה גם תנועת האלקטרונים דרכו, כלומר המוליכות של ההתקן. תורת הקוואנטים מראה כי לזרם האלקטרונים העובר במעבר יש אופי גלי (כמו לקרן אור), ולכן העריכו המדענים שהשינוי במוליכות החשמלית, עם הרחבת “צוואר הבקבוק”, לא יהיה רציף אלא יתאפיין במעין “קפיצות”, כשגודל כל מדרגה כזו אחיד וידוע מראש. ניסויים שנערכו אכן אימתו את ההערכה הזאת, בשינוי אחד: בנוסף למדרגות המצופות נצפתה בניסויים מדרגה נוספת, בלתי מוסברת, שנקראה על שם גודלה “אנומליתה- 0.7”. התופעה נצפתה לראשונה ב-1988, אך נשארה עד לאחרונה אחת החידות הבלתי פתורות בתחום.
פרופ' מאיר ועמיתו פרופ' נד ווינגרין מאוניברסיטת פרינסטון הציעו לפני מספר שנים פיתרון לחידה שהטרידה מדענים רבים: אלקטרון נלכד בצוואר הבקבוק עצמו ויוצר הפרעה המסבירה את האנומליה. התיאוריה הסבירה באופן כמותי את מאפייני התופעה, אך עדיין היה צורך להסביר את הילכדותו של האלקטרון במעבר, דבר שנראה לחוקרים בלתי-הגיוני (הדבר דומה להיווצרותה של שלולית מים דווקא בפסגת הגבעה). ההסבר ניתן כעת על-ידי מאיר ועמית קרייטמן ד”ר תומס רייץ. מאיר ורייץ חישבו כיצד תנועת האלקטרונים והכוחות החשמליים שהם יוצרים סביב “צוואר הבקבוק” גורמים לאלקטרון בודד להילכד בנקודת המעבר ובכך הוכיחו את נכונותו של הפיתרון לתעלומה.
אלקטרון לכוד בצוואר בקבוק כזה עלול להקשות על תפקוד “מחשבים קוואנטיים” – אחד מכיווני המחקר הפופולריים כיום בתחום הננו-אלקטרוניקה, שאם יתממשו יגרמו למהפכה גדולה בכל תחום המיחשוב; אך הבנת התנאים בהם נלכד באלקטרון, כפי שהתבררו בעבודתם של מאיר ורייץ, תספק לחוקרים כלים להתמודד עם התופעה ולמנוע אותה.
תגובה אחת
מגניב!