אור לייזר שולט באלקטרונים בגרפן: מחקר משותף של הטכניון וגרמניה

מחקר שפורסם ב Nature Physics מתאר הישג שהטכניון מגדיר חסר תקדים: שימוש באור לייזר כדי לשלוט באלקטרונים בתוך גרפן ״לבוש באור״. את המחקר הובילו ד״ר עופר נויפלד מהפקולטה לכימיה על שם שוליך בטכניון וממרכז דילר לקוונטים, ועמיתיו בגרמניה, פרופ׳ פטר הומלהוף וד״ר דניאל לסקו.

גרפן הוא שכבה בודדת של אטומי פחמן המסודרים בתבנית כוורת. הוא דומה לגרפיט שבעפרון, אבל תכונותיו שונות מאוד: הוא חזק בכמה מונים מיריעת פלדה באותו עובי, כמעט שקוף ומוליך היטב. החוקרים הראו שפולסי לייזר קצרים במיוחד, שמתוזמנים במדויק, משנים זמנית את תכונות הגרפן ויוצרים מצב קוונטי חדש שנקרא מבודד טופולוגי של פלוקה. פולסי אור נוספים מאפשרים אז לשלוט בתנועת האלקטרונים בשלב החולף הזה.

ההישג חשוב כי לראשונה הודגמה שליטה פעילה באלקטרונים במצב טופולוגי שאינו בשיווי משקל. הוא מספק ראיה ניסויית לרעיונות שפותחו בשנים האחרונות על חומרים קוונטיים ועל הדרך שבה אור משנה את תכונותיהם. החוקרים הראו שהמצב הזה יוצר תגובות כיראליות: הזרם החשמלי בחומר שונה כשמאירים בו באור שהקיטוב שלו מסתובב עם כיוון השעון או נגדו.

ד״ר נויפלד הוביל את העבודה התאורטית, ועמיתיו בגרמניה הובילו את הניסויים. הוא בוגר הטכניון שחזר אליו כחבר סגל ב 2024, אחרי פוסט דוקטורט במכון מקס פלנק בהמבורג. המחקר נתמך בין היתר על ידי הקרן הגרמנית למחקר, תוכנית של האיחוד האירופי וקרן גורדון ובטי מור.

בדברי נויפלד, המשמעויות של המחקר חורגות מגרפן. החוקרים מאמינים שהממצאים יכולים לסייע בעתיד ברכיבים אלקטרוניים מהירים וחסכוניים יותר, ובמערכות תקשורת, חישה ומחשוב שמבוססות על תכונות שאפשר להדליק ולכבות באור.