ד"ר בינגהיי יאן לוקח חומרים טופולוגיים לשלב הבא

 

יצירה של חומרים חדשים לשימוש יומיומי – עבור מוצרים אלקטרוניים גמישים, מחשבים קוונטיים, מכשור רפואי מציל-חיים ודברים נוספים שטרם חלמנו עליהם – דורשת ממדעני חומרים להבין לעומק ולחשוב ללא הרף על אפשרויות חדשות ברמה האטומית.

זוהי מהות המחקר של ד"ר בינגהיי יאן. תחום ההתמחות שלו, חומרים טופולוגיים, שמשלב מדע תיאורטי עם הנדסה יישומית, הפך לאחד התחומים החמים בעולם הפיסיקה כיום. באופן מקומי, שמו של ד"ר יאן מחובר לחדשות מרעישות: הוא המדען הבכיר הסיני הראשון שגויס על-ידי מכון ויצמן למדע.

חומרים ומצבים טופולוגיים כוללים סדר ייחודי השונה מהסדר של חומרים רגילים, היות שאלקטרונים (ובכך, האטומים והמולקולות השייכים להם) מתנהגים אחרת על פני השטח של גביש או חומר אחר מאשר בתוככי החומר עצמו. תכונה ייחודית זו של חומרים ומצבים טופולוגיים מאפשרת למדענים ליצור חומרים חדשים. ד"ר יאן מתמרן בין העולם התיאורטי – שעוסק באופן שבו יכולים מצבים אלו לעבוד – והניסויי – שעוסק בבחינה של חומרים שונים כדי לייצר חומרים ומכשירים חדשים מאפס. למשל, מחשבים קוונטיים.

מהשדות אל פני השטח

אז איך הגיע פיסיקאי סיני, שגדל בכפר נידח במחוז שנדונג במזרח סין, עד למכון ויצמן שבישראל?

לאחר שהשלים את התואר הראשון שלו באוניברסיטת שיאן ציאטונג בעיר שיאן, סין, בשנת 2003, המשיך ד"ר יאן ללימודי דוקטורט בפיסיקה באוניברסיטת טסינהואה (Tsinghua) היוקרתית בבייג'ין. לאחר שסיים את לימודיו בשנת 2008, המשיך לתקופת פוסט-דוקטורט באוניברסיטת ברמן שבגרמניה, שהייתה באותו זמן מוקד מרכזי למחקר טופולוגי. באותה עת, תחום מחקר זה עדיין נחשב היה "נישתי", ומשך אליו פיסיקאים מעטים. הודות למענק פוסט-דוקטורט גמיש – מלגת הומבולדט היוקרתית – אשר אפשר לו לבלות זמן במוסדות מחקר נוספים, זכה ד"ר יאן לעבוד במשך שמונה חודשים באוניברסיטת סטנפורד וללמוד מאחד המומחים המובילים בתחום.

מסטנפורד שב ד"ר יאן לגרמניה, שם מונה למוביל של קבוצת מחקר (מקביל לדרגת מדען בכיר) במכון מקס פלאנק לפיסיקה כימית וחקר מוצקים בדרזדן. במסגרת עבודתו, החל ד"ר יאן לשתף פעולה עם עמיתים ממכון ויצמן כגון פרופ' ארז ברג וד"ר חיים בידנקופף, שניהם מהמחלקה לפיסיקה של חומרים מעובים. החיבור בין ד"ר יאן למדעני מכון ויצמן נעשה על-ידי פרופ' עדי שטרן, גם הוא מאותה מחלקה, בעקבות פרס ARCHES המוענק על-ידי קרן מינרבה של ממשלת גרמניה, המעודדת שיתופי פעולה מחקריים בין מדענים ישראלים וגרמנים. ד"ר יאן ביקר במכון ויצמן לראשונה בשנת 2013 במטרה לקדם את עבודת המחקר שלו.

הפרויקט והביקור עצמו היו "הזדמנות פנטסטית", לדבריו, שכן בין עמיתיו במכון ויצמן היו תיאורטיקנים לצד פיסיקאים ניסויים. כולם היו סקרנים ללמוד על החומרים שבפיתוחם עסק באותה עת – וד"ר יאן עצמו היה זקוק לחוות דעת תיאורטיות כדי לקדם את עבודתו לשלב הניסויי. "מיד הבנתי שיש עבודה רבה לפנינו", הוא אומר. "יחד, הצלחנו לגשר על הפער שבין יסודות הפיסיקה התיאורטית והניסוי עצמו".

בשנה שעברה, קיבל ד"ר יאן הצעה מתחרה מאוניברסיטה בסין, אך החליט לקבל את ההצעה של מכון ויצמן. לדבריו, "הודות לשיתופי הפעולה הנוכחיים והעתידיים שלי, עומק העבודה התיאורטית והניסויית המתבצעת במכון, והעובדה שמכון ויצמן הוא אחד המקומות הבודדים שמקדמים את התחום הלכה למעשה".

ד"ר יאן כבר זוקף לזכותו גילוי של סוג חדש של חומרים טופולוגיים: חומרים מבודדים תלת-ממדיים העשויים משכבות של מתכת, שאותם הוא מגדל במעבדתו. להישג זה הגיע הודות למומחיות שרכש בחקר המטען החשמלי והספין של אלקטרונים, כך שלמחקר זה יש השלכות גם על התחום החדש והחם המכונה "ספינטרוניקה" (spintronics). ספינטרוניקה נבדלת מאלקטרוניקה רגילה בכך שהיא ממנפת את האופן שבו אלקטרונים מסתובבים – בניגוד לשימוש במטען החשמלי שלהם – כדי לייצר שיטות יעילות יותר לאחסון והעברה של מידע. לשיטה זו יש השפעה על העידן החדש של מחשבים קוונטיים, וד"ר יאן מקווה לשתף פעולה עם כמה מחלוצי המחשוב הקוונטי במכון.

ההחלטה לעבור לישראל, ייתכן שלצמיתות, לא הייתה ברורה מאליה עבור אשתו של ד"ר יאן, הואנהואן וונג, כפי שהייתה עבורו. אחרי הכל, מדובר במדינה בה מעולם לא ביקרה ועליה ידעה מעט מאוד. "הייתי צריך לשכנע את אשתי עד שהסכימה לבוא לישראל; מי שלא היה פה מעודו, יודע רק על המצב הפוליטי הבעייתי", אומר ד"ר יאן. "אך המציאות בישראל שונה לגמרי. אנחנו מאוד מאושרים כאן וישראל כבר מתחילה להרגיש לנו כמו בית".

ד"ר יאן ומשפחתו הגיעו למכון ויצמן בפברואר ושוכנו בקמפוס המכון. אשתו לומדת כעת לדוקטורט בהנחייתו של פרופ' דן יקיר מהמחלקה למדעי כדור הארץ וכוכבי הלכת. לזוג יש שני ילדים, בן ובת, אשר רק החלו ללמוד גרמנית, וכעת מתרגלים גם ללימודי העברית, בנוסף לסינית אותה הם דוברים כשפת אם.

ד"ר יאן הספיק למצוא עמיתים עמם הוא יכול לשתף פעולה בגרמניה ובסין, והחל כבר לארגן סדנה בנושא חומרים טופולוגיים במכון ויצמן (בשיתוף עם ד"ר בידנקופף וד"ר נורית אברהם, גם היא מהמחלקה לפיסיקה של חומרים מעובים). בסדנה צפויים להשתתף פיסיקאים סינים ואירופאים מובילים, לצד דמויות בולטות נוספות בתחום.

"ההגעה שלי לישראל ולמכון ויצמן, היא לא משהו שהייתי חוזה לפני חמש או עשר שנים", הוא אומר. "אבל החיים – כמו החומרים בהם נעשה שימוש בעתיד – צופנים בחובם סודות רבים".

Dr. Yan is supported by the Ruth and Herman Albert Scholars Program for New Scientists

 

ד"ר בינגהיי יאן