חוקרים מהטכניון ומגרמניה השיגו שליטה אופטית באלקטרונים

26 אוקטובר, 2026

ד"ר נויפלד: "על סמך הממצאים שלנו אפשר יהיה לפתח רכיבים אלקטרוניים מהירים וחסכוניים יותר, וכן מערכות תקשורת, חישה ומחשוב המבוססות על תכונות הניתנות להפעלה ולכיבוי באמצעות האור"

חוקרים מהטכניון ומגרמניה השיגו שליטה אופטית באלקטרונים

בתמונה למעלה: ד"ר עופר נויפלד. סיפק את המסגרת התאורטית לניסוי פורץ הדרך

כתב העת Nature Physics פירסם הישג מרשים מאוד של חוקרים מהטכניון ומגרמניה: שליטה אופטית באלקטרונים באמצעות קרן לייזר. המחברים הראשיים של המאמר הם ד"ר עופר נויפלד מהפקולטה לכימיה ע"ש שוליך והמרכז הקוונטי על שם הלן דילר בטכניון ועמיתיו בגרמניה, פרופ' פיטר הומלהוף וד"ר דניאל לסקו.

במאמר שפורסם תחת הכותרת: Optical control of electrons in a Floquet topological insulator, הציגו החוקרים הדגמה ראשונה מסוגה של שליטה ישירה באלקטרונים בתוך מבודד טופולוגי מסוג "פלוקה" שנוצר בגרפן כאשר הוא מוקרן על ידי פולסי לייזר נוספים אולטרה־קצרים. גרפן הוא חומר בעל תכונות מיוחדות המורכב משכבה בודדת של אטומי פחמן במבנה של חלת דבש. לכאורה הוא גירסה דקה של גרפיט תלת–ממדי (הנמצא בחודי עפרונות), אך תכונותיו שונות ומפתיעות: הוא חזק פי כמה מיריעת פלדה בעובי דומה, שקיפותו כמעט מוחלטת והוא מאופיין בהולכה גבוהה של אלקטרונים ואור.

במאמר ב–Nature Physics הראו החוקרים שבאמצעות הארה מדויקת בפולסי לייזר ניתן לשנות באופן זמני את תכונות החומר, ולהכניס אותו לתוך מצב קוונטי חדש המכונה "מבודד טופולוגי מסוג פלוקה". מצב זה מספק למשתמשים שליטה דינמית בתנועת האלקטרונים בתוך החומר – באמצעות האור עצמו. מדובר בהישג מדעי בעל משמעות טכנולוגית, מכיוון שהוא מדגים בפעם הראשונה שליטה אקטיבית באלקטרונים הנמצאים בתוך מצב טופולוגי מחוץ לשיווי משקל. בכך הוא מספק הוכחה ניסויית לרעיונות תאורטיים שפותחו בשנים האחרונות בתחום החומרים הקוונטיים והאפשרות להשפיע עליהם באמצעות אור.

פוטנציאל לפריצת דרך טכנולוגית

החוקרים הצליחו להראות שהמצב הקוונטי הנ"ל מייצר תגובות כיראליות. כלומר, זרם האלקטרונים הנוצר בתוך החומר מתנהג בדרכים שונות כאשר הוא נמצא תחת הארה בעלת עם קיטוב מסתובב בכיוונים שונים. את המסגרת התאורטית למחקר הוביל ד"ר עופר נויפלד מהטכניון. הוא אמר שהשלכות המחקר חורגות הרבה מעבר לגרפן. "אנחנו מעריכים שעל סמך הממצאים שלנו אפשר יהיה לפתח רכיבים אלקטרוניים מהירים וחסכוניים יותר, וכן מערכות תקשורת, חישה ומחשוב המבוססות על תכונות הניתנות להפעלה ולכיבוי באמצעות אור".

המחקר נתמך על-ידי קרן המחקר הגרמנית (DFG), האיחוד האירופי (תוכנית FET Open במסגרת Horizon 2020) וקרן גורדון ובטי מור. פרופ' פיטר הומלהוף וד"ר דניאל לסקו הם חוקרים באוניברסיטת פרידריך־אלכסנדר (FAU) בארלנגן־נירנברג ובאוניברסיטת אוניברסיטת לודוויג מקסימיליאן במינכן (LMU). ד"ר עופר נויפלד הוא פיזיקאי תאורטי העוסק באינטראקציה בין אור וחומר בסקלות זמנים אולטרה־מהירות, ובפרט בתהליכים קוונטיים המתרחשים תחת שדות לייזר חזקים. הוא השלים בטכניון את לימודי התואר הראשון, התואר השני והדוקטורט, ולאחר מכן יצא לפוסט־דוקטורט במכון מקס פלנק למבנה ודינמיקה של חומר בהמבורג, גרמניה, בקבוצתו של פרופ' אנחל רוביו. בשנת 2024 שב לטכניון כחבר סגל בפקולטה לכימיה ע"ש שוליך.