צוות חוקרים מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב חשף תופעה פיזיקלית נדירה ויוצאת דופן: מוליכות-על שחוזרת ומופיעה בתנאים שבהם היא אמורה להיעלם. הממצאים, שפורסמו בכתב העת Nature Communications, מציעים הבנה חדשה של מערכות קוונטיות מורכבות ופותחים פתח לפיתוח רכיבים מתקדמים בטכנולוגיות קוונטיות.
המחקר נערך בהובלת פרופ' יורם דגן והדוקטורנטים שילה אברהם ושי סנדיק, בשיתוף פעולה עם הקבוצה התיאורטית של פרופ' ערן סלע, פרופ' משה גולדשטיין, הדוקטורנט אמיר בורשטיין וד"ר סארט שנקר - כולם מאוניברסיטת תל אביב.
2 צפייה בגלריה
משמאל - תמונה במיקרוסקופ אופטי של ההתקן מונח על משטח המדידה. במרכז - איור של המערכת הנמדדת המיוצגת על ידי גרגרים זעירים המסונכרנים יחד לפעולה קולקטיבית. מימין - האזורים השונים בטמפרטורות השונות. מוליכות-על (איזור כחול SC1) בטמפרטורה נמוכה הנעלמת, ושבה כמוליכות-על חוזרת (SC2) בטמפרטורה הגבוהה
(איור: אוניברסיטת תל אביב)
מוליכות-על היא מצב שבו זרם חשמלי זורם ללא התנגדות וללא איבוד אנרגיה, תופעה החיונית למכשירים כמו MRI ומחשבים קוונטיים.
בדרך כלל, העלאת הטמפרטורה או הגברת השדה המגנטי גורמות להיעלמות המוליכות. אולם, במחקר זה הדגימו החוקרים מצב מפתיע שבו מוליכות-העל נעלמת, אך שבה ומופיעה מחדש עם העלאת הטמפרטורה או עוצמת השדה. שילה אברהם, שביצע את הניסוי, מדמה זאת לקרח שהופך למים בחימום, אך הופך שוב לקרח כאשר ממשיכים לחממו.
פרופ' דגן הסביר: "המערכת מבוססת על אלומיניום גרגרי המורכב מגרגרים זעירים היוצרים באופן טבעי 'צמתי ג’וזפסון' - אבני הבניין של המחשבים הקוונטיים של IBM, גוגל ואמזון. החוקרים הראו כי באמצעות קרינת רדיו (RF), ניתן לשלוט במעברים בין מצבי המערכת באופן נוח ונגיש יותר מאשר קרינת המיקרו-גל המקובלת כיום. עוצמת גלי הרדיו מאפשרת "כיוונון עדין" של האיזון בין אנרגיית הקישור לאנרגיית הטעינה החשמלית".
מעבר למשמעות המדעית, אומרים החוקרים, הגילוי מאפשר להשתמש במערכת כסימולטור קוונטי לחומרים מורכבים וכפלטפורמה לפיתוח רכיבים אלקטרוניים עתידיים, כגון חיישנים רגישים במיוחד או התקני חישוב דינמיים.
פרופ' דגן סיכם: "התוצאות שלנו מדגימות עד כמה מערכות קוונטיות יכולות להפתיע. היכולת לשלוט במוליכות-על בצורה דינמית באמצעות קרינת רדיו חושפת מנגנונים עמוקים ומספקת כלי ייחודי לבחינת תופעות רב-גופיות ולפיתוח הדור הבא של רכיבים קוונטיים".
