רב-סרן ארז פלקסר היה טייס מסוקים בחיל האוויר שנהרג בשנת 2013 בתאונה כחלק פעילות מבצעית, אך גם פיזיקאי וחוקר פעיל במעבדתו של פרופסור יורם דגן באוניברסיטת תל אביב. לציון יום הזיכרון לחללי צה"ל ונפגעי פעולות האיבה, פרופסור דגן כותב על ארז והמחקר המדעי המשותף אותו ערכו בנושא מוליכות-על.

כדי לבאר מושגים מתחום מוליכות העל, הוספנו עבורכם הערות בטקסט (כ-"הערות מדג"ב"). מוזמנים להרחיב בכתבות שלנו על מצב מוצק ומוליכות על ולשאול כרגיל שאלות בתגובות.

מאת פרופסור יורם דגן, אוניברסיטת תל אביב

כשארז הגיע למעבדה שלנו הוא היה בסך הכל בשנתו הראשונה באוניברסיטה (שנה א). "מה אתה מביא לי כזה סטודנט צעיר?" שאלתי את משה בן-שלום, היום כבר איש סגל באוניברסיטה. "תאמין לי, אתה רוצה אותו" כך, אמר ולא הסביר. ואכן צדק. 

משמאל לימין: ארז פלקסר, משה בן-שלום, יורם דגן

כשארז נהרג ראיתי איך ידע, יצירתיות, נסיון וחכמה נעלמים בפתאומיות ואינם. יחד איתם נעלמה מחיינו אישיותו המיוחדת של ארז ונותרה רק בזיכרון. בפסקאות הבאות אני לא אתאר את ארז עצמו שכן קצרה היריעה מלספר על צניעותו, חריצותו ורוחב אופקיו. אסתפק בתיאור הקריירה המדעית הקצרה שלו, שנקטעה בפתאומיות, ושני המחקרים המדעיים בהם לקח חלק משמעותי.  

מוליכות על היא תופעה קואנטית מאקרוסקופית. (הערת מדג"ב: כתבנו בעמוד בעבר על מוליכות על, ניתן לקרוא עוד באתר שלנו בקישור [1]). כמו רבות מהתופעות המדהימות של הטבע, מוליכות על התגלתה במקרה. היא מאופיינת על ידי שתי תופעות משלימות: העדר התנגדות, כלומר זרם חשמלי קבוע יכול לזרום בחומר כזה לעד ללא כל איבוד אנרגיה וכן דחית שדה מגנטי מושלמת. 

בדומה למעבר בין נוזל למוצק, מתחת לטמפרטורה הקריטית החומר הוא מוליך על ומעליה הוא מוליך רגיל. (הערת מדג"ב: באופן מקביל, הטמפרטורה הקריטית למעבר בין נוזל למוצק של מים היא אפס מעלות צלסיוס) במוליכי על מבוססי נחושת (קופרטים) הטמפרטורה הקריטית תלויה במספר נושאי המטען החשמלי, שיכולים להיות שליליים (אלקטרונים) או חיוביים (חורים, שהם בעצם מחסור באלקטרון שמטייל לו בחומר). (הערת מדג"ב: עוד על "חורים" ומשמעותם אפשר לקרוא בסדרת מצב-מוצק באתר שלנו בקישור [2]). 

כאשר אין נושאי מטען בכלל, החומר הוא מבודד. ככל שמוסיפים נושאי מטען החומר הופך למוליך על, כאשר הטמפרטורה הקריטית הולכת ועולה עם הוספת המטענים. בשלב מסויים, המגמה מתהפכת וכאשר מגיעים לטמפרטורה הקריטית המקסימאלית ומוסיפים עוד נושאי מטען, הטמפרטורה הקריטית מתחילה לרדת (ראו איור. הערת מדג"ב: מוליכי על מבוססי נחושת נחקרים כיום ברחבי העולם הן בשל העובדה כי המנגנון המאפשר מוליכות על בחומרים אלה אינו מובן באופן מלא, והן בשל הרצון לטייב את מוליכות העל בחומרים אלה ולהשתמש בהם בהתקנים שונים).

למטה – האיזור התכלת מסמל את מוליכות העל עבור נושאי מטען מסוג חורים מימין ואלקטרונים משמאל. למעלה, משטח של מוליך על ועליו המולקולות השונות שנספחו.

ארז גידל שכבות דקות (בעובי 50 ננומטר) של מוליכי על משני הסוגים הללו. בשיתוף פעולה עם חברינו במחלקה לכימיה, ספחנו מולקולות פולאריות על פני השטח של השכבות הללו [3]. למולקולות הללו יש מומנט דיפול שיכול להשתנות בהשפעת אור. (הערת מדג"ב: במולקולות פולאריות, המטענים החשמליים מפוזרים באופן שאינו אחיד על פני המולקולה. כתוצאה מכך, המולקולה משרה שדה חשמלי סביבה, וניתן להשתמש בכך כדי למשוך או לדחות מטענים חשמליים) בהקרנת אור אולטרה סגול, המולקולות הללו מוסרות אלקטרון למשטח ובהשפעת אור נראה הדיפול מתהפך ואז הן לוקחות אלקטרון ממנו (או מוסיפות לו חור). כך משתנה כמות נושאי המטען במוליך העל, ומשתנה הטמפרטורה הקריטית שלו. כלומר, זהו מן טרנזיסטור המופעל על ידי אור. כאשר החומר מוליך על מקבלים הולכה אינסופית, ואילו על ידי הקרנת האור אפשר "לכבות" הולכה אינסופית זו ולקבל התנגדות. ניסינו את האפקט הזה גם על מוליכי על מסוג "חורים" וגם על מוליכי על מסוג "אלקטרונים" ובאמת קיבלנו אפקטים הפוכים.

העבודה השניה [4], אותה ארז הוביל כללה חקר של מוליך על מסוג SrTiO3 . החומר במצבו הנקי הוא מבודד, אבל אם מגדלים עליו שכבה של חומר פולארי (בדומה למולקולות, רק הפעם חומר גבישי) תיווצר במשטח המפריד בין שני החומרים שכבה דקיקה, דו מימדית, שהיא מוליכה ואף מוליכת על בטמפרטורה נמוכה. ארז רצה לבדוק מה תפקידה של השכבה הפולארית הזו. כדי לעשות זאת הוא השווה בין התכונות של המשטח המפריד הזה לבין שכבה דקיקה של SrTiO3 בעובי ננומטרים בודדים, אבל הפעם במקום להצמיד אותה לחומר פולארי פשוט להוסיף לה אלקטרונים באופן מלאכותי. ההוספה של האלקטרונים נעשית על ידי החלפת חלק קטן מאטומי ה-Sr (הערת מדג"ב: שתורמים שני אלקטרונים לחומר) באטומי Nb (הערת מדג"ב: שיכולים לתרום שלושה אלקטרונים - אלקטרון אחד יותר). ההבדל בין שתי התצורות הללו נובע מאינטראקציה מיוחדת שנקראת אינטראקצית ספין-מסילה. בעזרת אינטראקציה זו (הערת מדג"ב: שהיא אינטרקציה בין התנע של האלקטרון בתנועתו סביב הגרעין ובין הספין של האלקטרון), אפשר להשפיע על הספין של האלקטרון על ידי שינוי התנע שלו. זהו אפקט חשוב במיוחד להתקנים אלקטרוניים עתידיים, בהם יהיה שימוש לא רק למטען החשמלי של האלקטרון אלא גם לתכונת הספין שלו.

ארז אמנם הספיק להשלים את שתי העבודות הללו בזכות כישוריו העיונים והטכניים ובשיתוף פעולה עם חבריו למעבדה ועם קולגות ממעבדות אחרות בארץ ובעולם, אבל הקרירה שלו כמדען נקטעה כשאך החלה להצמיח פירות, ומי יודע לאילו תגליות היינו זוכים אם היה נשאר איתנו.

ב-12 למרץ, 2013, נפל ארז בפעילות מבצעית עת התרסק מסוקו סמוך לקיבוץ רבדים. עמו נהרג סגן-אלוף נעם רון.

ארז הותיר אחריו אישה, מירב, וילד, אורי, שנולד כשנה לפני מותו, וכן את הוריו אביבה וזאב ושלושת אחיו.

ארז עם בנו אורי בן השלושה חודשים

ארז עם פרופסור דגן

ארז במעבדה בארצות הברית

מקורות וקריאה נוספת:

[1] סדרת הכתבות שלנו בנושא מוליכות-על

[2] סדרת הכתבות שלנו בנושא פיזיקה של מצב מוצק

[3] Tuning the Critical Temperature of Cuprate Superconductor Films with Self‐Assembled Organic Layers (anie.201201606)

[4] - Magnetotransport effects in polar versus non-polar SrTiO3  based heterostructures

[5] קבוצת המחקר של פרופסור יורם דגן