פולסי לייזר יצרו בחומר מצב קוונטי זמני ואפשרו לשלוט בזרמים החשמליים שבו. המחקר עשוי לתרום לפיתוח אלקטרוניקה הנשלטת באור, אך בשלב זה מדובר בהדגמה מעבדתית ולא ברכיב מסחרי.
צוות חוקרים מהטכניון ומגרמניה הדגים שליטה אופטית בתנועת אלקטרונים בגרפן, באמצעות יצירת מצב קוונטי זמני ושינוי תגובתו לפולסי לייזר. המחקר פורסם בכתב העת Nature Physics ב־31 באוגוסט 2026, והטכניון פרסם עליו הודעה לתקשורת ב־25 באוקטובר.
במחקר השתתף ד״ר עופר נויפלד מהפקולטה לכימיה ע״ש שוליך ומהמרכז הקוונטי ע״ש הלן דילר בטכניון, לצד חוקרים בגרמניה ובהם פרופ׳ פיטר הומלהוף וד״ר דניאל לסקו. נויפלד השתתף בפיתוח המסגרת התאורטית ובסימולציות, והניסויים נערכו בגרמניה.
גרפן הוא שכבה בעובי אטום יחיד של פחמן, שבה האטומים מסודרים במבנה דמוי חלת דבש. החוקרים השתמשו בפולסי לייזר קצרים מאוד כדי לשנות זמנית את התכונות האלקטרוניות של החומר וליצור בו מצב המכונה „מבודד טופולוגי מסוג פלוקה”. זהו מצב הנוצר תחת עירור מחזורי באור, ושונה מתכונות החומר ללא ההארה.
האור יוצר את המצב — וגם שולט בתגובה החשמלית
החוקרים שילבו את שדה הלייזר היוצר את המצב עם שדה אופטי נוסף בתדר כפול ובתזמון מבוקר. באמצעות שינוי היחס בין השדות הם שלטו בזרמים שנוצרו בחומר ובחנו את תגובתם.
בין היתר נמדדה תגובה שונה לאור בעל קיטוב מעגלי המסתובב בכיוון השעון או בכיוון הנגדי. הזרמים הראו גם רגישות ליחס הפאזה בין השדות — תכונה המאפשרת לחקור את תנועת האלקטרונים בפרקי זמן קצרים ממחזור התנודה של האור.
החוקרים מכנים את השיטה „ספקטרוסקופיית פלוקה הרמונית”. היא משלבת יצירה של מצב אלקטרוני באמצעות אור עם מדידתו ושליטה בו.
אפשרות עתידית לרכיבים הנשלטים באור
מבחינת תעשיית האלקטרוניקה, העניין במחקר הוא באפשרות לשנות את התנהגות החומר באמצעות הארה, ולבחון דרכים לשליטה מהירה בתגובה החשמלית שלו. לפי נויפלד, הממצאים עשויים לסייע בעתיד בפיתוח רכיבים אלקטרוניים מהירים וחסכוניים יותר, וכן מערכות תקשורת, חישה ומחשוב שתכונותיהן ניתנות להפעלה ולכיבוי באמצעות אור.
עם זאת, המחקר אינו מציג טרנזיסטור, מעבד או מערכת תקשורת מוכנים לשימוש. הוא גם אינו מוכיח חיסכון אנרגטי של רכיב מסחרי. המעבר מניסוי המבוסס על פולסי לייזר למערכת הניתנת לשילוב בשבב יחייב פיתוח הנדסי ובחינת דרישות ההפעלה.
נויפלד השלים בטכניון את לימודיו מהתואר הראשון ועד לדוקטורט, ולאחר פוסט־דוקטורט במכון מקס פלנק בהמבורג שב לטכניון כחבר סגל בשנת 2024. המחקר נתמך, בין היתר, בידי קרן המחקר הגרמנית, האיחוד האירופי וקרן גורדון ובטי מור.
