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.[1]
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.[2]
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.[4]
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.
[5]
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.
[6]
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.
[7]
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 מגנטיאקראי 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.
[8]
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.
[9]
פיזיקה מזוסקופית
אמרי כתב ב-1969 את המאמר המדעי הראשון בעולם בתחום המזוסקופיה,
[10]
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.[11] 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.[12] לאחרונה הסבירו אמרי ושותפיו את ערך הזרמים:[13]
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.[14]
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.[15]
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.
[16]
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.
[17]
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.
[18]
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.
[19]
פרסומיו
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
מאמרים נבחרים
Y. Imry, Effective long range order and phase transitions in finite macroscopic, 1- and 2-dimensional systems. Ann. Phys. (NY) 51, 1 (1969)
Y. Imry, Do phase fluctuations inhibit superfluidity in thin systems? Phys. Lett. 29A, 82 (1969).
Y. Imry and L. Gunther, Is there Bragg scattering of a two dimensional crystal? Phys. Lett. 29A, 483 (1969).
L. Gunther and Y. Imry, Flux quantization without of-diagonal-long-range-order in a thin hollow cylinder. Solid State Comm. 7, 1391 (1969).
Y. Imry and D.J. Bergman, Critical points and scaling laws for finite systems. Phys. Rev. A3, 1416 (1970).
Y. Imry and L. Gunther, Fluctuations and physical properties of the two dimensional lattice. Phys. Rev. B3, 3939 (1971).
Y. Imry, Scaling theory of the dependence of critical behavior on dimensionality. Phys. Lett. 41A, 381 (1972).
D.J. Scalapino, Y. Imry and P. Pincus, Generalized Ginzburg-Landau theory for pseudo one-dimensional systems. Phys. Rev. B11, 2042 (1975).
Y. Imry and M. Schwartz, On the possibility of Bose-Einstein condensation in a solid. J. Low Temp. Phys. 21, 543 (1975).
Y. Imry and S.-k. Ma, Random field instability of the ordered state of continuous symmetry. Phys. Rev. Lett. 35, 1399 (1975).
Y. Imry and M. Wortis, Influence of quenched impurities on first-order phase transitions. Phys. Rev. B19, 3580 (1979).
Y. Imry, Finite-site smearing of first order phase transitions. Phys. Rev. B21, 2042 (1980).
Y. Imry, Possible role of incipient Anderson localization on the resistivities of highly disordered metals. Phys. Rev. Lett. 44, 467 (1980).
A. Malozemoff and Y. Imry, Long-time cooling rate dependence of spin glass freezing, new evidence for a phase transition. Phys. Rev. B24 (Rapid Comm.), 489 (1981).
B. Barbara, A.P. Malozemoff and Y. Imry. Scaling of nonlinear susceptibility in MnCu and Cd A1 spin glasses. Phys. Rev. Lett. 47, 1852 (1981).
M. BÄuttiker, Y. Imry and R. Landauer, Josephson behavior in small normal-metal rings. Phys. Lett. 96A, 365 (1983).
Y. Gefen, Y. Imry and M.Ya. Azbel, Quantum oscillations and the Aharonov-Bohm effect for parallel resistors. Phys. Rev. Lett. 52, 129 (1984).
Y. Imry, Active transmission channels and universal conductance fluctuations. Europhys. Lett. 1, 249 (1986).
A. Stern, Y. Aharonov and Y. Imry, Phase uncertainty and loss of interference - a general picture, Phys. Rev. A41, 3436 (1990).
Y. Imry and R. Landauer, Conductance Viewed as Transmission, invited for Reviews of Modern Physics, Centenial Issue, 71, S306 (1999), also appeared in: More Things in Heaven and Earth, a Celebration of Physics at the Millenium, B. Bederson, editor, APS (1999).
Y. Imry, H. Fukuyama and P. Schwab, Low-Temperature Dephasing in Disordered Conductors, the Effect of "1/f" Fluctuations, Europhys. Lett. 47, 608 (1999).
P. G. Silvestrov and Y. Imry, Towards an explanation of the mesoscopic double-slit experiment: A new model for charging of a quantum dot, Phys.Rev. Lett., 85, 2565 (2000).
U. Gavish, Y. Levinson, and Y. Imry, Detection of quantum noise, Phys. Rev. B 62, R10637 (2000).
M. Schechter, Y. Imry, Y. Levinson, and J. v. Delft, Thermodynamic properties of a small superconducting grain, cond-mat/0012160, Phys. Rev. B 63, 214518 (2001).
O. Entin-Wohlman, A. Aharony, Y. Imry, Y. Levinson, A. Schiller, Broken unitarity and phase measurements in Aharonov-Bohm interferometers, cond-mat/0108064, Phys. Rev. Lett. 88, 166801 (2002).
A. Aharony, O. Entin-Wohlman, B. I. Halperin and Y. Imry, Phase measurements in the mesoscopic Aharonov-Bohm interferometer, Phys Rev. B 66, 115311 (2002).
M. Schechter, Y. Oreg, Y. Imry, and Y. Levinson, Magnetic Response of Disordered Metallic Rings: Large Contribution of Far Levels, Phys. Rev. Lett. 90, 026805 (2003). See also: M. Schechter, Y. Oreg, Y. Imry and Y. Levinson, Schechter et al reply, Phys. Rev. Lett. 93, 209702 (2004).
A. Aharony, O. Entin-Wohlman and Y. Imry, Measuring the transmission phase of a quantum dot in a closed interferometer, cond-mat/0211350; Phys. Rev. Lett. 90, 156802 (2003).
O. Entin-Wohlman, Y. Imry and A. Aharony, Persistent currents in interacting Aharonov-Bohm interferometers and their enhancement by acoustic radiation, cond-mat/0302146, Phys. Rev. Lett. 91, 046802 (2003).
U. Gavish, B. Yurke and Y. Imry, Generalized Constraints on Fermionic Amplifiers, cond-mat/0407415, Phys. Rev. Lett. 93, 250601 (2004).
Y. Imry, The Casimir zero-point radiation pressure, quant-ph/0501156 Phys. Rev. Lett. 95 080404 (2005).
Y. Imry, O. Entin-Wohlman and A, Aharony, A Landauer Transport Formulation with Interactions and Inelastic Scattering, cond-mat/0409075, Euro-phys. Lett. 72, 263 (2005).
U. Gavish, B. Yurke and Y. Imry, Quantum noise minimization in transistor amplifiers, cond-mat/0505684, Phys. Rev. Lett. 96, 133602 (2006).
A. Amir, Y. Oreg and Y. Imry, A Mean Field Model for Electron Glass Dynamics, Phys Rev B 77, 165207, (2008), arXiv:0712.0895.
H. Bary-Soroker, O. Entin-Wohlman and Y. Imry, E®ect of Pair-Breaking on Mesoscopic Persistent Currents Well Above the Superconducting Transition Temperature, Phys. Rev. Lett. 101, 057001 2008; arXiv:0804.0702; selected for the August 11, 2008
Z. Ringel, O. Entin-Wohlman and Y. Imry, Delayed Currents and Interaction Effects in Mesoscopic Capacitors, Phys. Rev. B78, 165304 (2008); arXiv:0807.2717. Selected for the October 20, 2008 issue of Virtual Journal of Nanoscale Science & Tech-nology (https://web.archive.org/web/20160901071305/http://www.vjnano.org/).
ספר יובל
Amnon Aharony, Ora Entin-Wohlman (eds.), Perspectives of Mesoscopic Physics: Dedicated to Yoseph Imry’s 70th Birthday, Singapore; Hackensack, N.J.: World Scientific Pub. Co., 2010.
^Y. Imry, Introduction to Mesoscopic Physics, Oxford University Press, January 1997 (out of print). Second (new) edition, January 2002. ISBN 0-19-8507380
^Y. Imry, Effective long range order and phase transitions in finite macroscopic, 1- and 2-dimensional systems. Ann. Phys. (NY) 51, 1 (1969).
^Y. Imry and D.J. Bergman, Critical points and scaling laws for finite systems. Phys. Rev. A3, 1416 (1970).
Y. Imry, Finite-site smearing of first order phase transitions. Phys. Rev. B21, 2042 (1980).
^Y. Imry and L. Gunther., Fluctuations and physical properties of the two dimensional lattice. Phys. Rev. B3, 3939 (1971).
^Y. Imry, Possible role of incipient Anderson localization on the resistivities of highly disordered metals. Phys Rev lett 44, 467 (1980).
^Y. Imry and S.-k. Ma., Random field instability of the ordered state of continuous symmetry. Phys. Rev. Lett. 35, 1399 (1975).
^G. Deutscher, Y. Imry and L. Gunther., Superconducting phase transitions in granular systems. Phys. Rev. B10, 4598 (1974).
M. Schechter, Y. Imry, Y. Levinson, and J. v. Delft, Thermodynamic properties of a small superconducting grain, cond-mat/0012160, Phys. Rev. B 63, 214518 (2001).
^L. Gunther and Y. Imry, Flux quantization without off-diagonal-long-range-order in a thin hollow cylinder. Solid state Comm. 7, 1391 (1969).
^L. Gunther and Y. Imry, Flux quantization without off-diagonal-long-range-order in a thin hollow cylinder. Solid state Comm. 7, 1391 (1969).
^M. B\uttiker, and R. Landauer,Josephson behavior in small normal-metal rings. Phys. Lett. 96A, 365 (1983).
^H. Bary-Soroker, O. Entin-Wohlman and Y. Imry, Effect of Pair-Breaking on Mesoscopic Persistent Currents Well Above the Superconducting Transition Temperature, Phys. Rev. Lett. 101, 057001 2008; arXiv:0804.0702; selected for the August 11, 2008
issue of Virtual Journal of Nanoscale Science and Technology. http://www.vjnano.org. Highlighted in: http://physics.aps.org/articles/v1/7, by Helene Bouchiat.
^Y. Gefen, Y. Imry and M.Ya. Azbel Quantum oscillations and the Aharonov-Bohm effect for parallel Resistors, Phys rev Lett 52, 129 (1984)
^Y. Imry, Physics of mesoscopic systems. In: Directions in Condensed Matter, Memorial volume in honor of Professor Shang-keng Ma. Eds. Grinstein G. and Mazenko, G. Singapore, World Scientific: 1986.
^A.D. Stone and Y. Imry. Periodicity of the Aharonov-Bohm effect in normal metal rings. Phys. Rev. Lett. 56, 189 (1986)
Y. Imry, Active transmission channels and universal conductance fluctuations. Europhys. Lett. 1, 249 ( 1986)
^A. Amir, Y. Oreg and Y. Imry, A Mean Field Model for Electron Glass Dynamics, Phys Rev B 77, 165207, (2008), arXiv:0712.0895.
^A. Stern, Y. Aharonov and Y. Imry, Phase uncertainty and loss of interference – a general picture, Phys. Rev. A41, 3436 (1990).
D. Cohen and Y. Imry, Dephasing at Low Temperatures, Phys. Rev. B59, 11143 (1999).
Y. Imry, H. Fukuyama and P. Schwab, Low-Temperature Dephasing in Disordered Conductors, the Effect of "1/f" Fluctuations, Europhys, Lett. 47, 608 (1999).
^U. Gavish, Y. Levinson, and Y. Imry, Detection of quantum noise, Phys. Rev. B62, R10637 (2000).
