עמית קניגל

פרס קריל 2013
טכניון

פרופ' עמית קניגל (Prof. Amit Kanigel) 
תחומי מחקר:

חומרים עם אינטראקציות אלקטרוניות חזקות.

המבנה האלקטרוני של חומר מוצק קובע את כל התכונות שלו. לדוגמא, אם יש פער אנרגיה בין פס הערכיות לפס ההולכה, החומר יהיה מבודד אחרת הוא יהיה מוליך. אם יכולנו לעקוב אחר תנועת האלקטרונים בתוך המוצק היינו מגלים שהם נעים במין ריקוד שנראה אקראי לחלוטין. אחד ההישגים הגדולים של המכניקה הקוונטית במאה ה 20- הוא היכולת להסביר את ה”ריקוד” הזה של אלקטרונים במוצק. מתברר שלתנועת האלקטרונים יש חוקיות ברורה, אך כדי לראותה יש למפות את מהירות האלקטרונים ולא את מיקומם! (אם נדייק יש למפות את התנע, שנתון על ידי מכפלת המהירות במסה של האלקטרון) כל אלקטרון נמצא במצב שמוגדר על ידי האנרגיה והתנע שלו. הקשר בין האנרגיה והתנע נקרא יחס הנפיצה, והוא מגדיר את המבנה האלקטרוני של החומר, הנקרא מבנה הפסים.

לאלקטרונים תכונה שמונעת משני אלקטרונים להיות באותו מצב, כלומר לא ניתן למצוא בחומר שני אלקטרונים עם אותה אנרגיה ואותו תנע. האלקטרונים מאכלסים את המצבים הפנויים בחומר, קודם את המצבים בעלי האנרגיה הנמוכה ביותר אחר כך מצבים באנרגיות גבוהות יותר וכן הלאה. האנרגיה הגבוהה ביותר בה ניתן למצוא מצבים מאוכלסים נקראת רמת פרמי, על שם הפיסיקאי האיטלקי אנריקו פרמי. המשטח שמתאר את התנע של כל האלקטרונים שנמצאים באנרגיית פרמי נקרא משטח פרמי. האלקטרונים הללו שנמצאים על משטח פרמי קובעים את רוב התכונות המעניינות של החומר, הקשרים הכימיים שהוא
מסוגל לעשות, תכונות מכניות וחשמליות ועוד.

כיצד אפשר למדוד את יחס הנפיצה של אלקטרונים בחומר ואת משטח פרמי שלו ? בעזרת האפקט הפוטו-אלקטרי. כבר בסוף המאה ה 19- גילה הרץ שאור יכול לעקור אלקטרונים ממשטח של חומר מוצק. איינשטין הסביר את התופעה ב 1905- וקיבל על זה פרס נובל ב 1921- . בתהליך בו אור אנרגטי מאלץ פליטה של אלקטרונים ממוצק נשמרים האנרגיה והתנע של האלקטרונים הנפלטים, לכן מדידה של האנרגיה והתנע של האלקטרונים הללו מאפשרת לשחזר את מבנה הפסים של החומר. כיום ספקטרומטר אלקטרונים מודרני מאפשר מדידת אנרגיה ותנע של כל אלקטרון בנפרד ברמות דיוק גבוהות מאד.

בקבוצת המחקר שלנו אנחנו מתעניינים בחומרים בהם האינטראקציה בין האלקטרונים בחומר היא חזקה מאד. במצב כזה מודל מבנה הפסים לא עובד טוב, למעשה כבר אי אפשר לדבר על אלקטרונים כלל ויש צורך בשפה חדשה. בחומרים כאלו הדחייה החזקה בין האלקטרונים מובילה לתופעות מעניינות, כמו על-מוליכות ומגנטיות או למעברים מבודד- מוליך בטמפרטורות גבוהות ועוד מיני תופעות משונות.

זוכי פרס קריל

// order posts by year $posts_by_year;