מוטי הייבלום

ביוגרפיה

מוטי הייבלום נולד וגדל בחולון. הוא דור שני לשואה, כל בני משפחת אימו ומרבית בני משפחת אביו נספו בשואה. שירת בצה"ל בשנים 1967–1971 בחיל הקשר ושימש כמדריך בבית הספר הטכני של חיל האויר. בשנת 1973 סיים תואר ראשון בהנדסת חשמל בפקולטה להנדסת חשמל בטכניון, וב-1974 סיים תואר שני בהנדסת חשמל באוניברסיטת קרנגי מלון שבפיטסבורג. ב-1978 קיבל דוקטורט בהנדסת חשמל מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי על עבודה בנושא "גלאי תת-אדום ממוזערים", שנערכה בהדרכתו של פרופסור ג'ון וינרי. בסיום הדוקטורט עבר למעבדות המחקר של IBM ביורקטאון הייטס במדינת ניו יורק, שם עבד כחוקר במשך 12 שנה. בשנים 1978–1986 עבד כחוקר במחלקה לחקר מוליכים למחצה, ובשנים 1986–1990 עמד בראש קבוצת מחקר של רכיבים ממוזערים. 
ב-1990 שב הייבלום לישראל והקים (בתמיכת פרופסור יוסף אמרי) את המכון התת-מיקרוני במכון ויצמן למחקר התקני מוליכים למחצה ממוזערים, בהשקעה של כ-16 מיליון דולר, ומאז ועד היום הוא עומד בראשו. באותה שנה התמנה לפרופסור מן המניין במכון. הקים את המחלקה לפיזיקה של חומר מעובה במכון ויצמן והיה מנהלה הראשון בשנים 1993–1996 ומשנת 2007 עומד בשנית בראשה. בשנת 2000 הופקד על הקתדרה על שם אלכס ואידה זוסמן למחקרים תת-מיקרונים. בשנים 1993–1996 שהה כפרופסור אורח מספר שבועות כל קיץ באוניברסיטה הטכנית בווינה. בשנים 1996–1997 שהה בשבתון כפרופסור אורח בשילוב של אוניברסיטת סטנפורד ומעבדות היולט פקארד בפאלו אלטו שבקליפורניה.
בשנים 1991–1992 עמד בראש ועדה ממשלתית שייעצה לשר המדע כיצד לעודד את תעשיית המיקרו-אלקטרוניקה במדינת ישראל. החל משנת 2001 מכהן כיושב ראש הוועד המנהל של מכללת אורט בראודה בגליל.
שימש כעורך כתב העת Semiconductor Science and Technology וכעת בכתב העת Solid State Communication. אירגן וניהל (בשיתוף עם פרופסור אלישע כהן) את הועידה הבינלאומית למוליכים למחצה בירושלים ב-1998, בה השתתפו כ-1100 איש.
מוטי הייבלום נשוי לרחל, שהיא דוקטור לביולוגיה ועובדת בפקולטה לחקלאות של האוניברסיטה העברית ברחובות. אב לארבעה ילדים וסב לנכדה. לו אח צעיר, זהר הייבלום, שעובד כמנהל בתעשיית ההייטק.

תחומי מחקריו

הייבלום מגדל במעבדתו (מנוהל על ידי דר' ולדימיר אומנסקי) באמצעות נידוף בוואקום (במערכת Molecular Beam Epitaxy) שכבות של מוליכים למחצה ויוצר מהן התקנים מזוסקופיים וננוסקופיים. 
במכון מייצרים התקנים קטנים מאלה שמיוצרים בתעשייה (בתעשייה מייצרים התקנים עם גודל מינימלי של כעשירית המיקרון ובמכון מייצרים התקנים בגודל מינימלי של כמאית המיקרון). העיקרון בבניית המרכז ב-1990 הייתה שתהיה לו מסה קריטית לגדל, לייצר ולמדוד רכיבים מזוסקופיים.
עיקר מחקריו של הייבלום עוסקים בהתנהגות הקוונטית של אלקטרונים בהתקני מצב מוצק ממוזערים (טרנסיסטורים תת-מיקרונים) באזור המזוסקופי (תחום הדמדומים בין הפיזיקה המוכרת – הקלאסית, לפיזיקה האטומית - הקוונטית). 
מחקריו נסובים סביב שלושה נושאים: האחד הוא לבדוק מה גורם לחלקיק להתנהג בצורה קלאסית במצב מסוים וקוונטית במצב אחר. למשל, הייבלום בנה מערכת קוונטית קטנה ולידה בנה סביבה מלאכותית ולמד את ההשפעה של אותה סביבה מלאכותית על המערכת הקוונטית. השני הוא ללמוד את ההתנהגות הגלית של האלקטרונים בתוך המצב המוצק ואת ההתאבכות שלהם בתוך ההתקנים הקטנים. השלישי הוא מדידת מטענים מדומים עם מטען שברי של אלקטרון באפקט הול והסטטיסטיקה השיברית שלהם.

תנועה בליסטית של אלקטרונים Ballistic Transport

עבודתו המדעית החשובה הראשונה של הייבלום נערכה במרכז המחקר של IBM והיא עסקה בהדגמה הראשונה של תנועת אלקטרונים בליסטית במוליכים למחצה. התוצאה הייתה בזמנו מאוד שנויה במחלוקת וכיום נחקרה ביסודיות והתקבלה על ידי הקהיליה המדעית. בזכות ההמצאה קיבל מ-IBM את פרס הממציא המצטיין לשנת 1986.

מדידות מופע Phase Measurement

עבודתו המדעית החשובה הראשונה של הייבלום במרכז התת-מיקרוני הייתה שילובה של נקודה קוונטית (אטום מלאכותי) בתוך מאבך אלקטרונים. זה איפשר למדוד את המופע של הנקודה הקוונטית.
מדידת המופע הביא לגילויה של התנהגות לא צפויה, שהפכה לשדה מחקר עתידי. במהלך העשור שלאחר מכן נכתבו למעלה ממאה מאמרים תאורטיים על הנושא הזה.

מטענים שבריים Fractional Charges

בשלהי שנות השמונים "רעש שוט" (ירייה) לא נחשב נושא שחשוב לחוקרו, ואולם רעיונות חדשים הציעו שרעש זה עשוי לחשוף תכונות במערכות מזוסקופיות, שאינן ניתנות למדידה בקלות על ידי מדידת המוליכות. הייבלום עבד על פיתוח שיטות עדינות שיאפשרו לגלות רעשי שוט חלשים מאוד, שחבויים עמוק בתוך רעשים חיצוניים. קבוצתו הייתה הראשונה שמדדה את רעש השוט במבנה מזוסקופי ולאחר מכן הצליחה למדוד את המטענים השבריים של קוואזי-חלקיקים באפקט הול. לתוצאה זו ניסו להגיע פיזיקאים נסיינים רבים בחמש עשרה השנים קודם לכן.
מדידה זו הובילה לזכייה בפרס נובל לפיזיקה ב-1998 למדענים שגילו את אפקט ההול השיברי, והיא צוטטה בידי ועדת פרס נובל.
בתר-דוקטורנט של הייבלום, דר' מישה רזניקוב, קיבל עליה את פרס Egilent Europhysics.
עבודה זו השיקה תחום חדש במחקר של מדידות רעש שוט.

דה-קוהרנטיות במערכות קוונטיות Decoherence of Quantum Systems

המעבר מהמצב הקוונטי למצב הקלאסי מוכתב על ידי תהליכים דה-קוהרנטיים. הדבר חשוב במיוחד בהבנת המכניזם הקוונטי, כמו גם בהרבה מהרעיונות העכשויים לעיבוד מידע קוונטי. הייבלום ביצע סדרת ניסויים במוצקים, אותם הוא מכנה בקרה על controlled dephasing (דה-קוהרנטיות מבוקרת). הניסויים היו מבוססים על הוספת גלאי שמזהה את הנתיב שבחר האלקטרון, וכך לחקות את תפקידה של הסביבה. על ידי שליטה של היעילות של הגלאי הושפע הניגוד של תבנית ההתאבכות. 
בשנות האלפיים קבוצתו הדגימה שניתן לשחזר את תבנית ההתאבכות, לאחר הריסתה, על ידי מדידת Cross-Correlation בין זרמי המאבך והגלאי, בכך הוכיח שהמידע לא אבד.

מאבך מאך-זנדר Mach-Zender Interferometer

הייבלום פיתח מאבך חדשני, לו קרא Electronic Mach-Zender Interferometer (MZI), מאבך אלקטרוני של מאך-זנדר. המאבך פועל תחת שדות מגנטיים חזקים מאוד וניתן להשתמש בו על מנת לאבך אלקטרונים וכן מטענים שבריים של קוואזי-חלקיקים. 
בשנות האלפיים הוא הרחיב את פעולתו של ה-MZI לביצוע התאבכות של שני אלקטרונים זהים כשהם יוצאים משני מקורות רחוקים שונים. עבודה זו כונתה כ"דוגמה לחומר לימוד להדגמה של שזירת אלקטרונים", פורסמה ב-Nature עם News & Views.

חלקיקים מדומים לא אבלים Quasi-Particles Non-Abelian

קבוצתו הצליחה למדוד חלקיקים שצפויים להיות לא אבלים, במצב 5/2 של אפקט ההול הקוונטי השברי. מצב זה התברר כנושא חלקיקים עם מטען e/4. מדידות אלה נעשות גם כיום.
חשיבותה הגבוהה של העבודה נובעת מכך שהיא פילסה את הדרך למדידת הסטטיסטיקות של קוואזי-חלקיקים מיוחדים אלה. חברת מיקרוסופט הקימה קבוצה של תאורטיקנים ונסיינים המכונה Station Q, שמקום מושבה בסנטה ברברה, והיא מנסה ליישם את הקוואזי-חלקיקים הללו לבנייתו של מחשב קוונטי טופולוגי.
המצב של 5/2 הוא שברירי במיוחד וניתן להבחין בו רק בדוגמאות בעלות טוהר גבוה. חומרים טהורים אלה מיוצרים כיום בקבוצה של הייבלום.

מאמרים נבחרים

1. M. Dolev, M. Heiblum, V. Umansky, Ady Stern, and D. Mahalu,
“Observation of a quarter of electron charge at =5/2 quantum Hall state”,
Nature 452, 829 (2008).
New & Views: “Debut of the Quarter Electron”, E. Fradkin, Nature 452, 823 (2008)
Feature Article: “The Dreamweaver’s Abacus”, l. Venema, Nature 452, 803 (2008).
2. O. Zarchin, M. Zaffalon, M. Heiblum, D. Mahalu, and V. Umansky,
“Two-electron bunching in transport through a QD induced by Kondo correlations”,
Phys. Rev. B. 77, 241303 (2008).
3. I. Neder, N. Ofek, Y. Chung, M. Heiblum, D. Mahalu, and V. Umansky, “Interference between two indistinguishable electrons from independent sources”.
Nature 448, 333 (2007).
News & Views: “Interference in the matter”, M. Kinderman, Nature 448, 262 (2007).
4. D. Rohrlich, O. Zarchin, M. Heiblum, D. Mahalu and V. Umansky,
“Full Dephasing of a Quantum Dot: From Coherent to Sequential Tunneling”,
Phys. Rev. Lett. 98, 096803 (2007).
5. I. Neder, M. Heiblum, D. Mahalu and V. Umansky,
“Entanglement, Dephasing and Phase Recovery via Cross-Correlation Measurements of Electrons”,
Phys. Rev. Lett. 98, 036803 (2007).
6. I. Neder, M. Heiblum, Y. Levinson, D. Mahalu, and V. Umansky,
“Coherence and Phase in an Electronic Mach-Zehnder Interferometer: An
Unexpected Behavior of Interfering Electrons”,
Phys. Rev. Lett. 96, 016804 (2006).
7. M. Avinun-Kalish, M. Heiblum, O. Zarchin, D. Mahalu and V. Umansky,
“Crossover from ‘mesoscopic’ to ‘universal’ phase for electron transmission in quantum dots”,
Nature 436, 529 (2005).
8. Yunchul Chung, M. Heiblum & V. Umansky,
“Scattering of Bunched Fractionally Charged Quasiparticles”,
Phy. Rev. Lett. 91, 216804 (2003). 
9. Yang Ji, Yunchul Chung, D. Sprinzak, M. Heiblum, D. Mahalu, and 
Hadas Shtrikman,
“An Electronic Mach-Zehnder Interferometer”, Nature 422, 415 (2003).
10. E. Comforti, Y.C. Chung, M. Heiblum, V. Umansky and D. Mahalu,
“Bunching of Fractionally-Charged Quasiparticles Tunnelling through High Potential Barriers”,
Nature, 416, 515 (2002).
11. Y. Ji, M. Heiblum, D. Sprinzak, D. Mahalu and H. Shtrikman,
“Phase Evolution in a Kondo-Correlated System”,
Science, 290, 779 (2000).
12. D. Sprinzak, E. Buks, M. Heiblum and H. Shtrikman,
“Controlled Dephasing of Electrons via a Phase Sensitive Detector”,
Phys. Rev. Lett. 84, 5820 (2000).
13. T.G. Griffiths, E. Comforti, M. Heiblum, A. Stern and V. Umansky,
“The Evolution of Quasiparticle Charge in the Fractional Quantum Hall Regime”,
Phys. Rev. Lett. 85, 3918 (2000).
14. M. Heiblum and A. Stern,
“Fractional Quantum Hall Effects”,
Physics World 13, 37 (2000).
15. M. Reznikov, R. de Picciotto, T.G. Griffiths, M. Heiblum and V. Umansky,
“Observation of a Fifth of the Electron Charge”,
Nature 399, 238 (1999).
16. E. Buks, R. Schuster, M. Heiblum, D. Mahalu and V. Umansky,
“Dephasing in electron Interference by Which Path Detector”,
Nature 391, 871 (1998).
17. V. Umansky, R. de-Picciotto and M. Heiblum,
“Extremely High-Mobility Two Dimensional Electron Gas: Evaluation of
Scattering Mechanisms”,
Appl. Phys. Lett. 71, 683 (1997).
18. R. de-Picciotto, M. Reznikov, M. Heiblum, V. Umansky, G. Bunin and 
D. Mahalu,
“Direct Observation of a Fractional Charge”,
Nature 389, 162 (1997).
News & Views: “A Shot in the Arm for Fractional Charge”, C. L. Kane & M. P. A. Fisher, Nature 389, 119 (1997).
19. R. Schuster, E. Buks, M. Heiblum, D. Mahalu, V. Umansky and H. Shtrikman,
“Phase Measurement in a Quantum Dot via a Double Slit Interference Experiment”,
Nature 385, 417 (1997).
20. E. Buks, R. Schuster, M. Heiblum, D. Mahalu, V. Umansky and H. Shtrikman,
“Measurement of Phase and Magnitude of the Reflection Coefficient of a Quantum Dot”,
Phys. Rev. Lett. 77, 4664 (1996).
21. M. Reznikov, M. Heiblum, Hadas Shtrikman and D. Mahalu,
“Temporal Correlation of Electrons: Suppression of Shot Noise in a Ballistic Quantum Point Contact”,
Phys. Rev. Lett. 75, 3340 (1995).
22. A. Yacoby, M. Heiblum, D. Mahalu and H. Shtrikman,
“Coherence and Phase Sensitive Measurements in a Quantum Dot”, 
Phys. Rev. Lett. 74, 4047 (1995).
23. U. Sivan, M. Heiblum, C. P. Umbach, and H. Shtrikman,
"Electrostatic Electron Lense in the Ballistic Regime", 
Phys. Rev. B41, 7937 (1990).
24. A. Palevski, C. P. Umbach, and M. Heiblum,
"A High Gain Lateral Hot Electron Device", 
Appl. Phys. Lett. 55, 1421 (1989).
25. M. Heiblum, K. Seo, H. P. Meier, and T. W. Hickmott,
"Observation of Ballistic Holes", 
Phys. Rev. Lett. 60, 828 (1988).
26. M. Heiblum, M. V. Fischetti, W. P. Dumke, D. J. Frank, I. M. Anderson, 
C. M. Knoedler, and L. Osterling,
"Electron Interference Effects in Quantum Wells: Observation of Bound and Resonant States", 
Phys. Rev. Lett. 58, 816 (1987).
27. M. Heiblum and L. F. Eastman,
"Ballistic Electrons for Transistors",
Scientific American 255, 103 (1987).
28. M. Heiblum, M. I. Nathan, D. C. Thomas, and C. M. Knoedler,
"Direct Observation of Ballistic Transport in GaAs",
Phys. Rev. Lett. 55, 2200 (1985).
29. M. Heiblum,
"Tunneling Hot Electron Transfer Amplifiers (THETA): Amplifiers Operating up to the Infrared",
Solid State Electronics 24, 343 (1981).
30. M. Heiblum, S. Y. Wang, J. R. Whinnery and T. K. Gustafson,
"Characteristics of Integrated MOM Junctions at DC and at Optical
Frequencies",
J. Quantum Electronics QE-14, 159 (1978).