Page 18 - מגזין הטכניון | קיץ 2011

ÌÈ˘‡ 18
על רעיונות המבוססים על סוליטונים לא-
קוהרנטיים.
עובדה מעניינת היא שסוליטונים לא-
קוהרנטיים התגלו גם בתחום הזמן: פולסים
אשר לא מתרחבים בסיבים אופטיים. מחקר
חשוב זה בוצע על ידי אנטוניו פיקוצי
( מצרפת. בשנים האחרונותAntonio Picozzi)
התגלו סוליטונים לא-קוהרנטיים גם במערכות
פיזיקליות שאינן אופטיות. בשנת 6002
נצפו סוליטונים לא-קוהרנטיים המורכבים
מגלי ספין בשכבות מגנטיות ]מינגדזונג וו
(Carl Patton ( וקארל פאטון )Mingzhong Wu)
בקולורדו[. לפני מספר שנים הראיתי, באופן
, כאשר היהHrvoje Buljan תיאורטי, יחד עם
פוסט-דוקטורנט שלי, ועמי ורדי )פרופסור
באוניברסיטת בן גוריון(, שסוליטונים לא-
קוהרנטיים אמורים להימצא גם בגלי חומר.
הרעיון של ”גלים לא ליניאריים אקראיים“
תופס כיום כיוונים מגוונים ומעניינים, כמו
יצירת דפוסים ספונטניים עם גלים בעלי
קורלציה חלשה, כפי שהראיתי עם הסטודנט
)כיום פרופסור לפיזיקה Marin Soljacic שלי
(, הפוסט-דוקטורנט שלי דטלף קיפ MITב-
)כיום פרופסור באוניברסיטת Detlef Kip
המבורג, גרמניה(, ודמיטרי כריסטודולידס.
אני מאמין כי בשנים הבאות נחזה בתגליות
חדשות בתחום של גלים לא-לינאריים
אקראיים הנובעות ממשחק הגומלין בין
אי-קוהרנטיות, פיזור ואי-ליניאריות.
Òη ‰ÁÈ˙Ù‰ ˙‡ˆ¯‰· ˙„˜Ó˙‰ ‰Ó·
ø¯ÂÓÈËÏ··
דיברתי על תופעה הנקראת ”מיקום אנדרסון“
( של אור: כיצד אלומתAnderson localization)
אור מתפשטת בתווך המאופיין במקדמי
שבירה אקראיים ושונים, ומתי האור נעשה
ממוקם הודות לאותו אי-סדר. הרעיון של
התפשטות ומיקום של גלים בתווך נטול סדר
הועלה ב-8591, כאשר פיליפ אנדרסון חקר
את תנועת האלקטרונים בגביש המכיל אי-
סדר.
אנדרסון זכה בפרס נובל על מחקר זה
ב-7791, אבל שאלות בסיסיות רבות לא
נפתרו עד היום. תחום המחקר הזה נכנס
לעולם האופטיקה באמצע שנות השמונים
על ידי סאג‘יב ג‘ון ופיליפ אנדרסון, אשר
הבינו כי גלים אלקטרומגנטיים הם כר פורה
לחקר תופעה אוניברסלית זו, שכן באמצעות
האור אפשר לבודד את האפקטים השונים
המשפיעים על התפתחותן של ”חבילות גלים“
.(wavepackets)
חשובה לא פחות העובדה שבאמצעות האור
ניתן ממש לראות כיצד התפשטות הגל עוברת
שינוי ו/או מיקום. במהלך השנים עבדו קבוצות
מחקר רבות בתחום זה.
≠ ÔÂÒ¯„‡ ̘ÈÓ ‡˘Â· ͯ˜ÁÓ ˙‡ ¯‡˙
øÌÂÈÎ „·ÂÚ ÔÈÈ„Ú ‰˙‡ ‰Ó ÏÚÂ ˙ÈÏÈ‚ ‰Ó
לפני מספר שנים הצלחנו להראות נסיונית
את תופעת מיקום אנדרסון בגביש פוטוני
המכיל אי-סדר. חשיבותו של המחקר הזה
נובעת בין השאר מהעובדה שזהו ניסוי ראשון
שהצליח להדגים את מיקום אנדרסון במערכת
מחזורית כלשהי הכוללת אי-סדר. בניסויים
הבאים חקרנו את השפעתה של אי-ליניאריות
על אפקטי המיקום. מחקר זה, שניהלתי עם
הסטודנטים שלי באותה עת - טל שוורץ וגיא
ברטל - ועם עמיתי שמואל פישמן, הוביל
להרבה מחקרי המשך בכל העולם. הרעיון של
מיקום גלים בתוך מערכת הכוללת הן אי-סדר
והן אי-ליניאריות מעורר שאלות בסיסיות,
אשר הובילו לוויכוחים רבים. לדוגמה, השאלה
אם לאורך זמן תתרחב חבילת הגלים בסופו
של דבר, או שאי-הסדר יבלום את הפיזור, כפי
שקורה בתווך ליניארי. התשובה לשאלה זאת
שרויה במחלוקת נרחבת בקהילה המדעית.
המחקר שלנו ב-7002 היה המחקר הניסויי
הראשון אי פעם של תופעות מיקום במערכת
לא-ליניארית הכוללת אי-סדר.
בשנתיים האחרונות עבדתי עם סטודנט
שלי, ליעד לוי, ופוסט-דוקטורנט שלי, מיכאל
רכטסמן, על מיקום בגבישים קוואזי-מחזוריים
- לדוגמה, גביש בעל עם סימטריה מחומשת.
גבישים קוואזי-מחזוריים הם לכשעצמם
תופעה ייחודית בטבע, והם התגלו על ידי
פרופסור דני שכטמן מהטכניון והוסברו על ידי
עמיתי פרופסור דב לוין מהטכניון ופרופסור
פול סטיינהרדט מפרינסטון; כולנו מקווים
שהשלושה יזכו בפרס נובל על תגליתם.
ליעד, מיכאל ואני בחנו התפשטות של
גלים בגבישים פוטוניים קוואזי-מחזוריים,
ולהפתעתנו הרבה גילינו כי בנסיבות מסוימות
יכולה חבילת הגלים לעבור תהליך שנקרא
. במיליםdisorder-enhanced transport
אחרות, הכנסת אי-סדר לגביש קוואזי-
מחזורי גורמת לאלומת אור להתרחב יותר
מכפי שקורה לה בגבישים קוואזי-מחזוריים
טהורים. יתר על כן, התרחבות זו, המנוגדת
לאינטואיציה - כי אי-סדר נוטה דווקא להקטין
התרחבות של אלומות גלים - מאופיינת
בצורה המזכירה תהליכי דיפוזיה: לאלומת
האור הממוצעת יש צורה גאוסיאנית. מאמר
ראשון על תופעה זאת הופיע לאחרונה בכתב
.Science העת היוקרתי
לבסוף, בחודשים האחרונים גילינו הפתעה
נוספת: אם האי-סדר האקראי משתנה
במהירות במהלך ההתרחבות, אלומת האור
מתרחבת הרבה יותר מהר מכפי שהיה קורה
אפילו בתווך הומוגני לחלוטין, ללא אי-סדר
Alex כלל. במקביל, הפוסט-דוקטורנטים שלי
ומיכאל רכטסמן חקרו מערכות Szameit
פוטוניות אמורפיות. אלה מערכות חסרות
סדר אשר אין בהן כלל דיפרקצית בראג,
כלומר הן חסרות את המאפיין הבסיסי ביותר
של גבישים. למרות זאת הצלחנו להוכיח
בניסוי ובתיאוריה את קיומו של ”פער אסור“
- זוויות בהן האור לא יכול להתפשט כלל.
המאמר הראשון בנושא הופיע השבוע בכתב
.Physical Review Letters העת
אני מאמין שזה רק קצה הקרחון. הפיזיקה
של מערכות אופטיות המאופיינות באי-סדר,
ליניאריות ולא ליניאריות, נמצאת בחיתוליה.
אני מצפה להפתעות רבות בשנים הקרובות.
‰˜ÈËÙ‡‰ ˙Ïȉ˜ ‰ÏÂÎÈ ˙ÂÈÏ‚˙ ÂÏȇÏ
øÔÂÈÎË· ÍÏ˘ ¯˜ÁÓ‰ ˙ˆÂ·˜Ó ˙ÂÙˆÏ
אנחנו עובדים על כמה פרויקטים במקביל, מן
הסתם מפני שמאז ומתמיד אהבתי להיכנס
לתחומים חדשים וללמוד נושאים חדשים.
אבל אם אני מתבקש להצביע על תגלית אחת,
הייתי אומר:
.sparsity-based sub-wavelength imaging
זאת עבודה שהתחלתי לפני שנתיים עם
פרופסור יונינה אלדר, מומחית בתחום עיבוד
המידע, ועמיתי הצעיר אורן כהן, שהוסיף כמה
רעיונות מצוינים בנושא
במרחבי sparsity-based super - resolution
הזמן והתדר. למזלנו זכינו לכמה סטודנטים
מצויינים במחקר הזה: יואב שכטמן, שניר
, פוסט- Alex Szameitגזית ופבל סידורנקו, ו-
דוקטורנט מעולה מגרמניה, אשר הפך לא
. JENA מזמן לחבר סגל באוניברסיטת
ÌÂÁ˙· „È˙Ú‰ ÔÙˆ ‰Ó
ø˙ȯ‡ÈÈÏ≠‡Ï‰ ‰˜ÈËÙ‡‰
האופטיקה הלא-ליניארית היא שדה רחב
מאוד, וספקטרום המחקרים הפונטציאלי
שלו אדיר - בין השאר בתחום של אופטו-
פלואידיקה, כלומר יחסי אור-נוזל )ראו
מסגרת תחתונה בעמ‘ 61(. יעד מחקר נוסף
קשור בתופעות לא-ליניאריות במטא-
חומרים: חומרים מלאכותיים בעלי תכונות
אלקטרומגנטיות המהונדסות בסקלה הקטנה
מאורך הגל. רעיונות מסוג זה כבר הוצעו
במאמרים תיאורטיים רבים, אבל הניסויים
מועטים. אין ספק שניסויים בתחום זה
יובילו לרעיונות מלהיבים שלא הועלו על ידי
תיאורטיקנים.
øȇ˜ÈÊÈÙ Ï˘ ÂÈÈÁ· ¯˙ÂÈ· ·Âˉ ˜ÏÁ‰ ‰Ó
גילוי תופעה חדשה, בלתי צפויה או נוגדת-
אינטואיציה. אלה הרגעים שמניעים אותי.
כתבה: אנג‘לה סטארק, מנהלת התקשורת באגודה
.( OSAהאמריקאית לאופטיקה )
הראיון התפרסם בכתב העת של האגודה,
. OPTICS AND PHOTONICS NEWS