ד"ר תומר לוי: "אנחנו מנסים לנצח את הטבע"

ד"ר תומר לוי, המתמחה בננופוטוניקה ואופטיקה שטוחה בפקולטה להנדסה בבר-אילן, מספר על מהות העבודה עם מטא-חומרים ועל האפליקציות היישומיות שלהם, שיאפשרו בעתיד החלפת רכיבים אופטיים קלאסיים ברכיבים שטוחים

במעבדה שלו, המוקמת בימים אלה בפקולטה להנדסה של אוניברסיטת בר אילן, חוקר ד"ר תומר לוי את האינטראקציה בין אור לחומר. "אני מעוניין לחקור את האינטראקציה שיש בין אור לבין מטא-חומרים או חומרים קוונאטיים, משתי סיבות: אחת, כי זה מעניין מבחינה פיזיקלית. יש תכונות חדשות שפתאום צצות, אפקטים מוזרים ומעניינים," הוא מספר. "הסיבה השניה היא שהחומרים הללו עומדים בבסיס של פיתוח טכנולוגיה שנקראת אופטיקה שטוחה, שמטרתה היא להחליף את כל הרכיבים האופטיים הלינארים הקלאסיים, כמו עדשות, מראות, מפצלי אלומות וכולי, ברכיבים שטוחים: מבנים ננו-מטריים המתוכננים כך שתהיה להן פונקציונליות ספציפית."

איך זה עובד? "מטא-משטחים הם מערכים דו מימדיים של אנטנות זעירות, כאשר גודלה של כל אנטנה בודדת קטן מאורך הגל של האור הפוגע. כאשר אור פוגע במבנה כזה, נוצרת אינטראקציה מאוד חזקה בין האור למבנה," מסביר לוי. "זה עובד ברזוננס - אנחנו בצורה רזוננטיבית מעוררים אופני תנודה אופטיים בכל ננו-אנטנה, כדי שנוכל לשלוט בצורה מקסימלית גם באמפליטודה וגם בפאזה של האור. ע"י שינוי הגודל של כל ננו-אנטנה במערך או ע"י שינוי מקומי של המקדמים האופטיים בחומר, ניתן לשלוט בפאזה והאמפליטודה הכוללת של האור, באופן המאפשר לקבל כמעט כל פונקציה אופטית שנרצה במוצא הרכיב. בסופו של דבר, הטכנולוגיה הזו תאפשר למשל להחליף את עדשות הזכוכית המגושמות שיש לנו במצלמות, בטלפון או במיקרסוקופ במעבדה, במבנה ננו-מטרי מסיליקון או חומר אחר, שעשינו לו עיבוד לפני השטח. המטרה היא למזער ולהקטין את כל הרכיבים האופטיים שהכרנו עד היום, לגרום לכך שהביצועים שלהם יהיו טובים יותר ובנוסף לאפשר פעולות שעד היום לא היו קיימות".

לוי, 43, נשוי ואב לשתי בנות, הצטרף לאוניברסיטת בר-אילן ביולי 2018 כחבר סגל הפקולטה להנדסה ע"ש אלכסנדר קופקין במסלול לאלקטרו-אופטיקה וכחוקר במכון לננו-טכנולוגיה ולחומרים מתקדמים. את התואר הראשון שלו, בהנדסת חשמל, עשה באוניברסיטת תל אביב ובמכון הטכנולוגי בחולון, ומשם המשיך לתואר שני ושלישי בפיזיקה באוניברסיטת תל אביב, בה חקר פוטוניקה באינפרא אדום בינוני.

לאחר הדוקטורט המריא לפוסט-דוקטורט באוניברסיטת סנטה ברברה בקליפורניה, ובמשך כ- 4 שנים חקר ננו-אנטנות ומטא-חומרים אופטיים. "בעבודה על מטא-חומרים אנחנו מנסים לנצח את הטבע, להנדס חומרים שיולידו תכונות אופטיות שאי אשר לקבל בטבע," הוא אומר. "המטא משטחים שאנחנו יוצרים מאפשרים לנו לשלוט על כל מיני תופעות בסיסיות בפיזיקה קוואנטית, למשל על פליטה ספונטנית מפולטים קוואנטיים או מננו-לייזרים, מה שיסייע לנו בעתיד להגביר את היעילות שלהם."

בסמסטר הבא מתעתד ד"ר לוי ללמד קורס ביסודות התקני מוליכים למחצה. בינתיים, הוא מקים את המעבדה שלו ומגייס אנשי צוות: מנהל/ת מעבדה, מאסטרנטים, דוקטורנטים ופוסט-דוקטורנטים. "אני מחפש אנשים מוכשרים, מצויינים, שיבואו לעבוד איתי על נושא מרתק שהוא מעניין גם מבחינת הפיזיקה הבסיסית, וגם יש לו אופק טכנולוגי," הוא אומר. "אני מקווה שבעתיד, בעזרת המחקר שלי, נוכל להבין טוב יותר את הקשר והאינטראקציה שיש בין אור לבין חומרים קוואנטיים וננו מבנים, נגלה כל מיני תופעות חדשות ומעניינות בדרך, ונוביל לפיתוח ומימוש של טכנולוגיה של אופטיקה שטוחה וזעירה, שתחליף את מה שאנחנו מכירים היום. בעוד 5-10 שנים מהיום אני מקווה שתהיה לי קבוצת מחקר גדולה ומגובשת של בערך שמונה עד עשרה אנשים, שאלמד מגוון רחב יותר של קורסים, ושיכירו אותי כמה שיותר אנשים באוניברסיטה. אני מאד שמח להצטרף לפקולטה להנדסה של בר אילן, שהיא צעירה, תוססת ומאוד אנרגטית, ויש בה עשייה מצוינת ובעיקר - אנשים נהדרים. בסופו של דבר זה המפתח להצלחה, לא רק במדע - בכלל."