המעבדה לחומרים קוונטיים שכבתיים מתמקדת בגילוי וחקר אינטראקציות בין אלקטרונים במבנים מלאכותיים של גבישים שכבתיים דו-ממדיים , ובמימוש תופעות אלו בהתקני מצב מוצק עתידיים.
אנו מפרידים את החומרים השכבתיים לכדי משטחים בעובי אטום בודד ומרכיבים אותם חזרה, אחד על גבי האחר, ליצירת גבישים חדשים (בדומה לקוביות לגו). היציבות הדו- מימדית של מבנים אלו נובעת מהקשרים הקוולנטיים החזקים בין האטומים בתוך כל שכבה בעוד שאינטראקציית הואן-דר-ואלס בין השכבות חלשה. יציבות זו מאפשרת תכונות מכניות, אלקטרוניות, פונוניות ואופטיות ייחודיות, כמו גם גמישות לשלוט בתכונות אלה באופן שאינו קיים במערכות דו-ממדיות מסורתיות שאינן שכבתיות.
גרפן לדוגמה (שכבה בודדת של אטומי פחמן), הוא החומר החזק ביותר בטבע ועם זאת גם הגמיש ביותר, הדק ביותר ועדיין אינו חדיר לאטומים אחרים, ובנוסף מוליך החשמל והחום הטוב ביותר המוכר לנו היום. בורון ניטריד לדוגמה (בור וחנקן), הוא חומר שכבתי דיאלקטרי (מבודד) מצוין. גם הוא חזק מאוד, אינרטי, מוליך חום, ודומה מאוד לגרפן במבנהו הגבישי. איכות הגבישים והאפשרות לשלבם עם חומרים שכבתיים בעלי מצבי יסוד שונים (לדוגמה: מגנטים, מוליכי על, מוליכים למחצה, ועוד) באופן שיוצר משטחי מגע מושלמים כמעט (כך שהתגובות האלקטרוניות של השכבות מושפעות אחת מהשנייה אך אין ערבוב בין האטומים), יוצר הזדמנויות ייחודיות למימוש וחקירה של תופעות חדשות.
מעבר לסקרנות, מהפיכת הטכנולוגיה והמידע של ימינו מבוססת על היכולת לשלוט בתכונות האלקטרוניות של המבנים הזעירים הללו. אנו משתמשים בהם מליוני פעמים כל שניה במחשבים, מתקני הרפואה, התקשורת ובעצם בכל מקום כמעט. לצד הסקרנות הבסיסית, אנו מקווים שהמחקר במעבדה יהווה בסיס לטכנולוגיות עתידיות בדומה לתגליות בתחום הגבישים לאורך ההיסטוריה.
לאחרונה מצאנו שסידור גבישי מסויים מאלץ את האלקטרונים לדלג בין השכבות ושתיתכן החלקה בדידה ויעילה במישור בין השכבות ששולטת בכיוון הקיטוב החשמלי שנוצר. מעבר למידע רגיש ויחודי אודות הסידור הגבישי והאלקטרוני כתלות בסימטריות של הגביש, אנו מקווים שתגלית זו ותגליות נוספות יהוו בסיס להתקני זכרון וחישה עתידיים.
פרויקטים עדכניים:
-
פרואלקטריות באמצעות החלקה בין שכבות (החלקטרוניקה).
-
הנדסת סימטריות בגבישים שכבתיים מלאכותיים.
-
מאמצים בגרפן ליצירת שדות מגנטיים מלאכותיים.
-
התקני התאבכות קוונטית מבוססי גרפן (SQUIDs).
