על המפה

 

להרשל'ה מאוסטרופולי היתה שיטה מקורית להכנת כעכים. הוא הציע "לקחת חור, וסביבו לעצב את הכעך". האמת היא שהרעיון הזה אינו כל כך מופרך כפי שהוא נשמע בשמיעה ראשונה. ל"חורים", מתברר, יש קיום אמיתי משלהם, ואפשר בהחלט לבנות עליהם. זה, פחות או יותר, מה שעשו מדעני המכון שהצליחו באחרונה למפות - לראשונה בעולם - את מיקומיהם של האלקטרונים במוליך-למחצה המצוי במצבו המבודד (חומר מוליך-למחצה מתנהג כמוליך בתנאים מסוימים, וכמבודד בתנאים אחרים).

 

מחקרם של מדעני המכון התבסס, במידת מה, על העובדה הידועה שערכם האמיתי של דברים מסוימים מתברר לנו רק לאחר שאיבדנו אותם. למשל, אלקטרונים במוליך למחצה. כאשר אלקטרונים כאלה "מדלגים" לרמת אנרגיה גבוהה יותר, הם מותירים אחריהם "מחסור באלקטרון" המכונה בקיצור "חור". במובנים רבים, ה"חור" הזה פועל ו"מתנהג" כיישות חומרית לכל דבר. למשל, מכיוון שה"חור" הוא "היפוכו" של האלקטרון, הוא "נושא" מטען חשמלי חיובי (הפוך מהמטען החשמלי השלילי של האלקטרון). במצבים מסוימים עשוי האלקטרון שדילג לרמת אנרגיה גבוהה לנוע סביב ה"חור" שהוא עצמו הותיר אחריו. ה"חור", בעל המטען החשמלי החיובי, מתפקד כמעין גרעין ל"אטום" הקרוי "אקסיטון".

 

כאשר סביב ה"חור" נע אלקטרון אחד, נוצר "אקסיטון" השקול לאטום מימן ניטרלי. פרופ' ישראל בר-יוסף גילה, בעבר, שבתנאים מסוימים - בשכבות חומר דו-ממדיות - עשוי אלקטרון נוסף (המצוי בחומר המוליך-למחצה), להצטרף ל"אקסיטון". כך נוצר "אקסיטון" טעון המורכב מ"חור" שסביבו נעים שני אלקטרונים. האקסיטונים הטעונים שקולים ליוני מימן (אטומי מימן הנושאים מטען חשמלי שלילי).

 

למעשה, האקסיטונים נוצרים כאשר מאירים את החומר ("עירור אופטי"), ולאחר מכן הם פולטים אור - ודועכים. אורך הגל (הצבע) של האור הנפלט מאקסיטון נייטרלי שונה מהאור הנפלט מאקסיטון טעון. לפיכך, איתור האזורים שמהם נפלט אור באורך הגל האופייני לאקסיטון טעון מלמד על מיקומם המדויק של האלקטרונים בחומר הנדגם. אלא שכדי לעשות זאת יש למצוא דרך למדידת אורך הגל של האור הנפלט, בהפרדה מרחבית גבוהה מאוד.

 

כאן בדיוק נכנסו לתמונה תלמידי המחקר גיא איתן ויוסי יאיון, והחוקרים ד"ר מיכאל רפפורט וד"ר הדס שטריקמן, שפעלו בראשותו של פרופ' ישראל בר-יוסף מהמרכז למחקר תת-מיקרוני. הם בנו מיקרוסקופ שדה-קרוב המורכב מסיב אופטי מחודד הנע בקרבה רבה לפני השטח של החומר הנדגם. בשלב זה האירו את פני החומר, כך שנוצרו בו אקסיטונים. הסיב המחודד, שקלט בכל פעם את האור שנפלט מנקודה זעירה אחרת על פני החומר, מיפה את ההבדלים באורכי הגל של האור שנפלט מהן, ובדרך זו איפשר לחוקרים למפות את מיקומיהם המדויקים של האלקטרונים בחומר המוליך למחצה. מחקר זה עשוי לסייע בהבנת תכונותיהם האלקטרוניות של מוליכים למחצה, דבר שעשוי להביא לשיפור ביכולת התכנון של רכיבים אלקטרוניים ואלקטרו-אופטיים מתקדמים.