הכינוס השנתי של האגודה הישראלית לפיזיקה מפגיש בין מיטב הפיזיקאים התיאורטיים והניסיונאים בארץ — וגם כאלה מהעולם. השנה, על במת הפאנל המרכזי בכנס, ישב ד"ר יעקב לוין (יאשה) מאפלייד מטיריאלס לצד שורה של פיזיקאים נוספים מהתעשייה. הם דנו במעבר של פיזיקאים מהאקדמיה לתעשייה, באתגרים וביתרונות שהתעשייה מציבה ומספקת לפיזיקאים, ובהבדלים בין סוגי העבודה השונים.

"העבודה היומיומית של פיזיקאיות ופיזיקאים באקדמיה ובתעשייה היא די דומה," סיפר לוין בכנס. "גם בתעשייה בסופו של דבר פיזיקאים עובדים במעבדה, אלא שהתוצאה של עבודת המחקר שלהם היא לא מאמר אלא הנחיות לעבודת פיתוח. מדובר בעבודה מחקרית, אך כזו שנעשית בארגון יותר מבוקר שמכווין את המחקר למטרות יישומיות. אחד ההבדלים המשמעותיים הוא שבתעשייה, באופן טיפוסי, המחקר מגובה בהרבה יותר משאבים."

לוין, המוכר יותר בשמו יאשה, מכיר את המחקר הפיזיקלי משני צדי המתרס. הוא למד פיזיקה באוניברסיטה העברית, ואת הדוקטורט שלו השלים במכון ויצמן. בשנת 2000, אחרי פוסט דוקטורט בהיידלברג שבגרמניה, הוא הצטרף לאפלייד מטיריאלס. כפיזיקאי צעיר בחברה לוין היה אחראי על פרויקט שהיה באותה עת פורץ דרך. בהמשך דרכו הוא ניהל צוות, מחלקה, ומחלקה יותר גדולה, וכיום הוא מנהל את קבוצת "טכנולוגיות" שמונה כ-15 איש, רובם פיזיקאים, כימאים, ואנשי מדעי החומרים. קבוצת "טכנולוגיות" היא חלק מקבוצת הפיתוח של SEM, המיקרוסקופ האלקטרוני של אפלייד מטיריאלס, שהוא המוצר המוביל בתעשייה לבקרת איכות בתעשיית המוליכים למחצה.

כמו שאר המוצרים של החברה, גם SEM הוא מכשיר שמוטמעות בו יכולות קצה של שורה של דיסציפלינות: פיזיקה, אופטיקה, אלגוריתמיקה, רובוטיקה, ותוכנה. לכן, מטבע הדברים, קבוצת "טכנולוגיות" עובדת בשיתוף פעולה עם קבוצות פיתוח אחרות של החברה בארץ, באירופה, ובמזרח. לוין מסביר כי "מרבית הפרויקטים של אפלייד מטיריאלס הם מולטידיסציפלינאריים. כל פיזיקאי בחברה עובד עם מהנדסים ועם אנשי פיתוח שאינם פיזיקאים. ישנה עבודה עם מהנדסי מכונות ומהנדסי אלקטרוניקה מצד אחד, ומצד שני גם הרבה עבודה שמתחברת לאלגוריתמים, לאפליקציה ולהנדסת מערכות." אבל לא כל העבודה היא מעשית — יש בחברה גם פיזיקאים שעושים עבודה תיאורטית של פיתוח מודלים וסימולציות, ושל שיטות עבודה ושיטות הדמיה שבסופו של דבר מיושמות על ידי מהנדסי אפליקציה. בגלל מגוון "בעלי העניין" בעבודת הפיזיקאים, שרובם אינם פיזיקאים בעצמם, מושם בחברה דגש על היכולת להסביר פיזיקה — תהליכים, רעיונות ומתודולוגיות — גם לאנשים מחוץ לדיסציפלינה, שאינם מדברים "פיזיקאית" שוטפת.

בגלל המורכבות של המחקר הפיזיקלי בחברה, באפלייד מטיריאלס מגייסים פיזיקאיות ופיזיקאים שעשו כבר עבודת מחקר עצמאית, שהתעמקו בבעיה ופתרו אותה או שבנו באופן עצמאי מערכת או מודל שנועדו כדי להתעמק בבעיה. על פי רוב מדובר בפיזיקאים שסיימו את עבודת הדוקטורט שלהם, ולעתים יותר נדירות בבעלי תואר שני שבעבודת המאסטר שלהם התמודדו עם בעיה פיזיקלית טכנולוגית ועם פתרונה. "אנחנו מחפשים אנשים עם ניסיון מחקרי שיאפשר להם לקפוץ לתוך בעיה קיימת, ולייצר עבורה פתרונות," מסביר לוין.

עבודת הפיזיקאים באפלייד מטיריאלס מתמקדת בפיתוח המיקרוסקופ האלקטרוני של החברה ומערכת הוואקום שתומכת במיקרוסקופ. תחומי הפיזיקה העיקריים המעורבים בפיתוח הם אופטיקה של חלקיקים טעונים (המיושמת גם במאיצי חלקיקים), ואקום גבוה, מערכות עם מתחים גבוהים מאוד, ופיתוח גלאים של פוטונים ואלקטרונים. חלק מהעבודה מוקדש לפיתוח של שיטות הדמיה חדשות בעזרת אלקטרונים, המתמודדות עם הצורך למצות אינפורמציה קוהרנטית ממשטח שעליו יורים אלקטרונים, ובמקביל נעשית גם עבודה רבה בתחום של הדמיה של קרני X. העבודה מתחלקת לפי פרויקטים, כשכ-50% מהזמן מוקדש לבניית מודלים לסימולציות, ו-50% לעבודה במעבדת פיזיקה ייעודית או על מכונות פיתוח. העבודה מתחילה תמיד מהגדרה של בעיה, בניית תוכנית עבודה למימוש הפתרון (שיכולה לכלול גם מידול וסימולציות, עבודת מעבדה, ובמקרה הצורך גם הקמת מעבדה), איסוף אינפורמציה, וביצוע הפרויקט. לעתים קרובות פיזיקאי בחברה עובד על כמה פרויקטים כאלה במקביל, וגם הופך מהר יחסית לאחראי על תחום ספציפי, כמו למשל מיקרוסקופ אלקטרוני של מכונה מסוימת.

עבור החברות העוסקות בבקרת איכות בתחום המוליכים למחצה, האתגר הפיזיקאי במשך שנים רבות התמקד בצורך לייצר זרם חזק יותר עם קרן בקוטר קטן יותר, ובכך לשפר את הרזולוציה של הקרן על מנת שתאפשר לעבוד יותר מהר, ותייצר הפרדה יותר טובה. אבל לפני מספר שנים, לרוחבה של התעשייה כולה, השתנתה הארכיטקטורה הבסיסית של הטרנזיסטורים והלוגיקה שלה: ממאמץ לצמצם עוד ועוד את גודל הרכיבים ובכך לדחוס יותר על פני שטח מוגבל, התעשייה עברה לבניית טרנזיסטורים תלת-ממדית, המורכבים לעתים מעשרות שכבות. כיום, האתגר הפיזיקאי הגדול של המיקרוסקופים האלקטרוניים (ושל שיטות אחרות בעלות אותה רזולוציה) הוא לספק מידע על מבנים תלת-ממדיים מורכבים. "זה כמו להסתכל מהירח על בניין בן 32 קומות, ולהכריע בכמה בולטת המרפסת בקומה השלישית", מסביר לוין. כדי להתמודד עם האתגר החדש צריך להגדיל את האנרגיה של האלקטרונים כדי שיחדרו יותר עמוק, מבלי לפגוע ביכולת ההפרדה של המיקרוסקופ — וכמובן, גם מבלי לפגוע בטרנזיסטורים עצמם. "אלה הם אתגרים עצומים, בתוך תעשייה שמתקדמת עם הזמן", סיכם לוין. "זאת עבודה שמתבצעת בקצה של הפיזיקה, שמבקשת לדחוף עוד ועוד את גבולות המעטפת, וזה הקסם שלה."