יוסף אמרי

קורות חיים

יוסף אמרי נולד וגדל בתל אביב. אביו, אברהם אמרי, יליד פולין, היה מורה למתמטיקה ולפיזיקה. אמו, חינה פלקוביץ, ילידת אוקראינה, הייתה מורה לאנגלית ולצרפתית. יוסף אמרי למד בעירו בבית ספר בלפור ואחרי כן בתיכון עירוני א'. בצבא היה עתודאי, למד לתואר שני בפיזיקה באוניברסיטה העברית וסיים ב-1961 בהצטיינות יתרה. את שירותו הצבאי החל כקצין שריון, ובעקבות הזמנתו של פרופ' יובל נאמן, עבר לשמש חוקר בפיזיקה בהמרכז למחקר גרעיני שׂורק (1962–1967). את הדוקטורט בפיזיקה במכון ויצמן סיים ב-1966. עבודת הדוקטור שלו עסקה בדינמיקה של קשרי מימן, בתאוריה של פיזור נייטרונים ובמעברי פאזה פרואלקטריים, והיא נערכה בהדרכתו של פרופ' ישראל פלח, שהיה מנהל הכור בשורק, ממנו למד רבות.
השתלם בבתר-דוקטורט באוניברסיטת קורנל בשנים 1967–1969. בשנת 1969 מונה למרצה בכיר בבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה של אוניברסיטת תל אביב, ב-1973 לפרופסור חבר וב-1977 מונה לפרופסור מן המניין. בשנים 1973–1985 ביקר אמרי במחלקת המחקר של IBM במעבדה הלאומית בברוקהייבן ובאוניברסיטת קליפורניה, בשנים 1985–1992 שימש כיועץ מדעי מיוחד במחלקת המחקר של IBM. ב-1986 מונה לפרופסור לפיזיקה במכון ויצמן למדע וב-1988 הופקד על הקתדרה על שם מקס פלאנק. בשנים 1995–2002 עמד בראש מרכז אלברט איינשטיין - מינרבה לפיזיקה תאורטית במכון ויצמן, בשנים 2001–2004 עמד בראש מרכז מוריס וגבריאלה גולדשלאגר לננופיזיקה במכון ויצמן. שהה בשבתונים באוניברסיטת ייל (1986), באוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה (1973, 1991 ו-2001) ובמכון למחקר מתקדם בברלין (1993). ב-2007 היה לפרופסור אמריטוס.
אמרי היה חבר בוועדות המערכת של כתבי העת Comments on Condensed Matter Physics,‏ Physical Review Letters ו-Annals of Physics.
ספרו Introduction to Mesoscopic Physics (בהוצאת אוניברסיטת אוקספורד) הוא ספר הלימוד החשוב ביותר לתלמידי מחקר לתארים מתקדמים ולחוקרים בנושא מזוסקופיה. הספר תורגם לסינית, יפנית ורוסית.
בשנת 1990 יזם אמרי את הקמתו של מרכז בראון למחקר התת-מיקרוני במכון ויצמן בהשקעה של כ-16 מיליוני דולרים, אשר היה מהמרכזים הראשונים מסוגו בעולם. בשנים 2002–2007 שימש כיועץ מיוחד בנושא ננו-מדע לנשיא אוניברסיטת בן-גוריון בנגב. בשנים 2002–2006 היה חבר מיזם הננוטכנולוגיה הלאומי הישראלי. משנת 1997 היה חבר המועצה לשלום ולביטחון.
יוסף אמרי היה נשוי עד מותו לצילה לבית הוניג, עובדת סוציאלית בגמלאות, ולהם שתי בנות, רופאה מנתחת ומוזיקאית, ונכדים.
התגורר בעיר תל אביב. נפטר בשנת 2018, בגיל 79. נטמן בבית העלמין מורשה.

מעברי פאזה ותורת הכיול

אמרי תרם להבנת נושא הכיול בממדים קטנים ובמערכות סופיות ליד מעברי הפאזה. מעבר פאזה הוא מעבר של חומר בין שני מצבי צבירה עם שינוי הטמפרטורה, לדוגמה. הממסד המדעי לא התעניין במיוחד בשאלות אלה (עד לשנות ה-70 של המאה ה-20) כי בתנאים מסוימים במימד נמוך לא יכול להיות סדר ארוך טווח. אמרי הבחין כי במערכת חד-ודו-ממדית סופית, יכול להתקיים סדר שטווחו כמו כל גודל המערכת, ולכן היא יכולה להתנהג כאילו הייתה מסודרת. 
לאחר מכן התעניין מה קורה במעבר פאזה אמיתי, כאשר המערכת סופית וכיצד הגדלים הפיזיקליים מתכיילים עם גודל המערכת.
עבודתו של אמרי בנושא זה נעשתה ביחד עם פרופ' דוד ברגמן מאוניברסיטת תל אביב בשנים 71–1970. הם תיארו מעבר של פאזה במערכת סופית והציעו הסבר לתהליך שקורה בין מערכת סופית למערכת גדולה מאוד, מה שקרוי היום כיול בממדים סופיים. במעברי פאזה מסדר שני לגדלים פיזיקליים רבים יש סינגולריות והם יכולים לשאוף לאינסוף ליד המעבר. במערכת סופית הם אינם יכולים לשאוף לאינסוף. על ידי בדיקת התלות של המקסימום של הערך הפיזיקלי בגודל המערכת, אפשר לקבל מידע על מה קורה במערכת אינסופית.

אמרי וגנתר מצאו ב-71–1970 כי במערכות דו-ממדיות מסוימות יכול להתקיים סדר ארוך טווח מיוחד.
זה הבסיס לעבודה החשובה של Kosterlitz-Thouless בנושא.

מערכות אקראיות

הרבה מערכות בטבע אינן מסודרות: גם בתוך גביש נקי יש בדרך כלל זיהומים שמשפיעים על מצבו, כאשר יש יותר מדי אי-סדר, האלקטרונים נלכדים במצבים קוונטים ממוקמים וכתוצאה מכך החומר יכול להפוך למבודד.

הולכה אלקטרונית במערכת לא-מסודרת

עבודתו של אמרי מ-1980 הראתה את הרלוונטיות של תופעת "המיקום של אנדרסון" (Anderson Localization), תאוריה עליה זכה פיליפ אנדרסון, גדול הפיזיקאים של המצב המוצק, בפרס נובל לפיזיקה.
במערכת מסודרת משתרע אלקטרון מצד אחד לצדה השני של המערכת, לעומת זאת במערכת שאינה מסודרת דיה, הוא נלכד במצב קוונטי ממוקם.
עבודתו של אמרי הראתה שתופעה זו יכולה להסביר תכונות מסוימות של הרבה מאוד מוליכים לא מסודרים, כמו תלות בטמפרטורה של ההתנגדות, דבר זה היה אחד מהיסודות מהם התפתחה הפיזיקה המזוסקופית.

מודל השדה האקראי

ב-1975 גילה אמרי ביחד עם שותפו פרופ' שאנג-קנג מא (Shang-keng Ma) מאוניברסיטת קליפורניה בסאן-דייגו מודל שנקרא "מודל השדה האקראי". למשל בחומר מגנטי עשוי להיות שדה מגנטי אקראי שפועל בתוכו והמשפיע בצורה חזקה על התופעות במערכת ובמקרים מסוימים הדבר הורס את מעבר הפאזה לגמרי. המודל הזה ישים למערכות רבות אחרות, כגון לאנטי-פרומגנטים, חומרים פרו-אלקטריים, ועוד.

על-מוליכות

אמרי תרם להבנה תאורטית של על-מוליכות במיוחד במערכות קטנות. על-מוליכים הם חומרים שמאבדים לגמרי את ההתנגדות לזרם חשמלי בטמפ' נמוכות. אמרי התעניין במקרה שבו אין על-מוליכות ממש, אלא ישנן תנודות על-מוליכות. מערכת מתחת לטמפרטורה קריטית, מאבדת את ההתנגדות של החומר והופכת לאפס. אולם, מעל לטמפרטורה הקריטית במערכת קטנה, החומר מתחיל לחקות תופעות על-מוליכות. כך ניתן לצפות בתופעות על-מוליכות יותר בקלות מאשר במערכת גדולה. במובן מסוים, העל-מוליכות יכולה להתחזק כאשר גודל המערכת קטן.

פיזיקה מזוסקופית

אמרי כתב ב-1969 את המאמר המדעי הראשון בעולם בתחום המזוסקופיה, 

אך באותה תקופה היכולות הניסוייות עדיין לא היו בשלות לטפל בשאלה. הוא שב אליה בשנות ה-80 של המאה ה-20 ומאז היא מוקד מחקריו העיקריים. מערכת מזוסקופית היא בתחום בין גודל מיקרוסקופי למקרוסקופי, היא מספיק גדולה בשביל לבחון אותה באמצעים רגילים, חשמליים לדוגמה, והיא מספיק קטנה כדי שהיא תציית לחוקי מכניקת הקוונטים. בדרך כלל מזוסקופיה היא בגודל מיקרון (אחד חלקי מיליון מטר), או פחות.
ב-1969 פיתח אמרי תחזיות לגבי זרם מתמיד, זרם שיכול לזרום במערכת שאיננה על-מוליכה, ללא התנגדות. אמרי הציע ביחד עם בוטיקר ולנדאואר שבטבעת מתכתית סגורה בגודל של מיקרון בטמפרטורות של מעלות ספורות מעל האפס גורם שדה אהרונוב-בוהם להיווצרות זרמים תמידיים שאינם פוסקים, זאת חרף הפיזורים האלסטיים מהסיגים בחומר. תחזית זו הוכחה בניסוי בשנת 1999. לאחרונה הסבירו אמרי ושותפיו את ערך הזרמים:
כשהמערכת מספיק קטנה ניתן לראות אפקטים קוואנטיים, שלא ניתן לראותם במערכת כשהיא גדולה, אחד מהם הוא אפקט אהרונוב-בוהם במצב מוצק. אמרי פיתח סדרת תחזיות על תלות מחזורית של המוליכות בשדה מגנטי בגלל המחקרים של אהרונוב-בוהם.
בשנת 1985 הציע אמרי שבתנאים מסוימים מקוונטטת המוליכות של מערכת מזוסקופית ב"יחידת המוליכות הקוונטית". בשנת 1988 התופעה נצפתה באופן ניסיוני במגעים קוונטיים נקודתיים במערכות מוליכות למחצה ואחרי כן במערכות מתכתיות.

פלוקטואציות מזוסקופיות

אמרי תרם לגבי פלוקטואציות מזוסקופיות, שבהן מערכות קטנות באותה צורה ועם אותן תכונות מאקרוסקופיות הן בעלות תכונות שונות במקצת, את השוני הזה ניתן לאפיין וישנם גדלים אוניברסליים שמאפיינים את המערכות האלו.

הפיזיקה של הזכוכית

הזכוכית היא מצב ביניים של החומר ששונה מנוזל וממוצק ונמצא ביניהם, הוא מאופיין בקבועי זמן מאוד איטיים. אמרי ביחד עם פרופ' יובל אורג ממכון ויצמן ותלמידם אריאל אמיר, פיתחו תאוריה שמסבירה מדוע התופעות בזכוכית הן כל כך איטיות. לפי התאוריה לזכוכית יש זיכרון, אם מקררים אותה ומשנים אותה, היא זוכרת היכן הייתה קודם לכן. בזכוכית יש פילוג ענק בזמני הרלקסציה, בין זמנים לארוכים, שיכול לארוך יותר מאורך חיי אדם.

התאוריה של איבוד פאזה קוונטית בחומרים מוליכים

פותחה עם עדי שטרן ויקיר אהרונוב. התופעה מתרחשת כתוצאה מהצמוד לרעש הא'מ במתכת או משינוי במצב הקוונטי של יתר האלקטרונים, שני התיאורים הללו הם שווים.

רעש קוונטי ומשפט הפלקטואציה-דיסיפיציה (FDT)

עם גביש ולוינסון פיתח אמרי תמונה פשוטה של הרעש (פלוקטואציות) הקוונטי. הקשר בין עצמת הרעש ליכולת המערכת לבלוע או לפלוט אנרגיה. ה-FDT הוכלל למצב עמיד שאינו שיווי משקל.

ספריו

1. Y. Imry.
Introduction to Mesoscopic Physics,
Oxford University Press, January 1997 (out of print). Second (new) edition, January 2002.
Translated to: Japanese, Russian, Chinese...
ISBN 0-19-8507380
2. R. Fazio, V.F. Gantmakher and Y. Imry, Eds.
New directions in mesoscopic physics (towards nanoscience)
NATO Science Series, Vol. 125, (Kluwer Academic Publishers, Dordrecht 2003)
ISBN 978-1-4020-1665-3
3. B. Barbara, Y. Imry, G. Sawatzky and P.C.E. Stamp, (Eds)
Quantum Magnetism
Proceedings of the NATO Advanced Study Institute on Quantum Magnetism, Les Houches, France, 6-23
June 2006.
Series: NATO Science for Peace and Security Series
Subseries: NATO Science for Peace and Security Series B: Physics and Biophysics
2008, XIV, 250 p., Springer Verlag, Hardcover and Softcover
ISBN 978-1-4020-8510-9