हर्बर्ट क्रोमर: वह भौतिक विज्ञानी जिसने असंभव उपकरण डिजाइन किए

1963 में, पालो ऑल्टो में वैरियन एसोसिएट्स (Varian Associates) में काम करते हुए, हर्बर्ट क्रोमर (Herbert Kroemer) ने विभिन्न अर्धचालकों की सैंडविच परतों से बने एक लेजर का प्रस्ताव रखा। कोई भी इसे बना नहीं सकता था। आवश्यक क्रिस्टल-विकास तकनीकें मौजूद नहीं थीं, और वर्षों तक नहीं होंगी। फिर भी उन्होंने इसका प्रस्ताव रखा। छह दशक बाद, डबल-हेटरोस्ट्रक्चर लेजर फाइबर-ऑप्टिक नेटवर्क और सीडी प्लेयर के अंदर का प्रकाश स्रोत है, और जैसा कि उनके यूसीएसबी (UCSB) सहयोगी जॉन बोवर्स (John Bowers) ने कहा, यह वह उपकरण है जिसने "इंटरनेट को सक्षम किया और दुनिया को बदल दिया।"

वीमर से गोटिंगेन तक

उनका जन्म 25 अगस्त 1928 को वीमर में हुआ था, एक ऐसे घर में जहाँ कोई अकादमिक परंपरा नहीं थी: उनके पिता एक सिविल सेवक थे, उनकी माँ एक गृहिणी थीं, और किसी ने भी हाई स्कूल पूरा नहीं किया था। जर्मनी उनके किशोरावस्था के दौरान ढह गया, और वे उससे निकलकर भौतिकी में आए। गोटिंगेन विश्वविद्यालय में उन्होंने 1951 में डिप्लोमा और 1952 में सैद्धांतिक भौतिकी में डॉक्टरेट की उपाधि प्राप्त की, जिसमें उन्होंने ट्रांजिस्टर में हॉट-इलेक्ट्रॉन प्रभावों पर शोध प्रबंध लिखा - एक ऐसा विषय जो उनके चुनने के समय केवल पांच साल पुराना था, क्योंकि ट्रांजिस्टर की घोषणा 1947 में ही हुई थी। यह जीवन भर की एक आदत का पहला संकेत था: प्रौद्योगिकियों के स्थिर होने से पहले ही उनसे जुड़ जाना।

उद्योग में एक बेचैन दशक

क्रोमर के बीस और तीस के दशक दो महाद्वीपों की औद्योगिक प्रयोगशालाओं के बीच घूमते हुए बीते, एक ऐसा पैटर्न जो बिखरा हुआ दिखता है जब तक आप यह नहीं देखते कि वे एक ही विचार पर काम करते रहे। उन्होंने 1952 में डार्मस्टाट में जर्मन डाक सेवा की दूरसंचार अनुसंधान प्रयोगशाला में शुरुआत की। 1950 के दशक के मध्य में वे प्रिंसटन, न्यू जर्सी में आरसीए (RCA) प्रयोगशालाओं में चले गए। 1957 से 1959 तक वे हैम्बर्ग में फिलिप्स अनुसंधान प्रयोगशाला में थे। 1959 में वे पालो ऑल्टो में वैरियन एसोसिएट्स चले गए और उस दशक भर वहीं रहे जिसने उनका सबसे महत्वपूर्ण काम तैयार किया।

इस दौरान उन्होंने ड्रिफ्ट ट्रांजिस्टर का आविष्कार किया, एक ऐसा उपकरण जिसने बेस के माध्यम से वाहकों को केवल प्रसार की तुलना में तेजी से धकेलने के लिए एक वर्गीकृत अशुद्धता प्रोफ़ाइल का उपयोग किया। यह एक ऐसे विचार की शुरुआत थी जिसे वे अपने करियर में विस्तार देने वाले थे: कि आप अर्धचालक के आंतरिक परिदृश्य को इंजीनियर कर सकते हैं ताकि इलेक्ट्रॉनों को उन तरीकों से व्यवहार करने के लिए मजबूर किया जा सके जिनकी व्यवस्था प्रकृति ने नहीं की थी।

वह ट्रांजिस्टर जिसे दो सामग्रियों की आवश्यकता थी

आरसीए में, क्रोमर ने हेटरोस्ट्रक्चर बाइपोलर ट्रांजिस्टर की अवधारणा तैयार की। पारंपरिक अर्धचालक उपकरण एक ही सामग्री से बने होते हैं - सिलिकॉन, जिसे अलग-अलग क्षेत्रों में अलग तरह से डोप किया जाता है। क्रोमर का प्रस्ताव दो विभिन्न अर्धचालकों को एक साथ जोड़ने का था, ताकि इंटरफ़ेस पर बैंडगैप में अचानक परिवर्तन स्वयं वाहकों पर एक बल के रूप में कार्य करे, एक अर्ध-विद्युत क्षेत्र जिसके लिए किसी बाहरी वोल्टेज की आवश्यकता नहीं थी। 1950 के दशक के मध्य में उन्होंने उन विशिष्ट प्रदर्शन लाभों की पहचान की जो यह प्रदान करेगा। तर्क सैद्धांतिक रूप से स्पष्ट था और व्यावहारिक रूप से समय से पहले था; असमान क्रिस्टल के बीच परमाणु रूप से तेज जंक्शन बनाने के लिए आवश्यक सामग्री विज्ञान दशकों दूर था।

एक लेजर जिसे कोई नहीं बना सका

1963 का डबल-हेटरोस्ट्रक्चर प्रस्ताव प्रकाश पर लागू किया गया वही तर्क था। क्रोमर ने तर्क दिया कि वाहकों और फोटॉन दोनों को दो व्यापक-बैंडगैप क्लैडिंग परतों के बीच एक पतली सक्रिय परत में सीमित करें, और आपको एक ऐसा लेजर मिलेगा जो क्रायोजेनिक दालों के बजाय कमरे के तापमान पर लगातार चल सकता है। यह वह डिजाइन सिद्धांत था जिसने अर्धचालक लेजर को प्रयोगशाला की नवीनता के बजाय एक उपयोगी वस्तु बना दिया। लेनिनग्राद में स्वतंत्र रूप से काम कर रहे झोरेस अल्फेरोव (Zhores Alferov) ने उसी क्षेत्र का पीछा किया; 2000 में दोनों पुरुषों ने "उच्च-गति और ऑप्टो-इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग किए जाने वाले अर्धचालक हेटरोस्ट्रक्चर विकसित करने के लिए" भौतिकी में नोबेल पुरस्कार साझा किया।

1964 में क्रोमर ने गन प्रभाव (Gunn effect) की पहली सही व्याख्या प्रकाशित की, जो कुछ अर्धचालकों में उच्च-आवृत्ति विद्युत दोलनों के पीछे का तंत्र है - यह भौतिकी तक पहुंचने का एक और उदाहरण है, इससे पहले कि क्षेत्र ने प्रश्न पर सहमति व्यक्त की हो।

सांता बारबरा और कंपाउंड दांव

उन्होंने 1968 में कोलोराडो बोल्डर विश्वविद्यालय में इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के प्रोफेसर के रूप में शिक्षा जगत में प्रवेश किया, और 1976 में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सांता बारबरा चले गए, जहां उन्होंने सामग्री में संयुक्त नियुक्ति के साथ इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में डोनाल्ड डब्ल्यू. व्हिटियर (Donald W. Whittier) चेयर संभाली। वहां उन्होंने अपने वैज्ञानिक दांवों की तरह ही एक संस्थागत जुआ खेला: उन्होंने एक विभाग को सिलिकॉन के बजाय कंपाउंड अर्धचालकों - गैलियम आर्सेनाइड और उसके रिश्तेदारों - में निवेश करने के लिए राजी किया, जो हर चीज पर हावी था। वे उस समूह के पहले सदस्य थे जो दुनिया का अग्रणी समूह बन गया। उन्होंने देर से प्रयोगकर्ता का रुख भी किया, यूसीएसबी में आणविक बीम एपिटैक्सी का नेतृत्व किया और इसे उन सामग्री प्रणालियों पर लागू किया जिन्हें किसी ने नहीं आजमाया था, अंततः उन परमाणु रूप से सटीक इंटरफेस का निर्माण किया जिन्हें उनके 1950 के दशक के सिद्धांत ने माना था। उन्होंने 2012 में सेवानिवृत्ति ली।

शिक्षक, पाठ्यपुस्तक लेखक, सज्जन

क्रोमर ने असामान्य स्पष्टता की दो पाठ्यपुस्तकें लिखीं: थर्मल फिजिक्स (Thermal Physics), जिसका दूसरा संस्करण उन्होंने 1980 में चार्ल्स किटेल (Charles Kittel) के साथ तैयार किया, और क्वांटम मैकेनिक्स फॉर इंजीनियरिंग, मैटेरियल्स साइंस एंड एप्लाइड फिजिक्स (Quantum Mechanics for Engineering, Materials Science and Applied Physics)। सहकर्मियों को एक ऐसे व्यक्ति की याद है जिसमें हास्य की गहरी समझ थी, जो प्राथमिक स्कूल के आगंतुक के साथ उतनी ही आसानी से भौतिकी पर बात करेगा जितनी कि एक स्नातक छात्र के साथ, और जिसने सेमिनारों में कठिन प्रश्न पूछे बिना कभी भी उत्तर को फैसले जैसा महसूस नहीं होने दिया। डीन उमेश मिश्रा ने उनकी तुलना भारतीय अर्थों में गुरु से की - कोई ऐसा व्यक्ति जो तकनीकी सामग्री के साथ-साथ "नैतिकता, आचार, नेतृत्व, शालीनता और उदारता" प्रसारित करता है। शुजी नाकामुरा ने क्रोमर की हेटरोस्ट्रक्चर अवधारणा को अपने नीले एलईडी के आविष्कार को सक्षम करने का श्रेय दिया। क्रोमर 2003 में एक प्राकृतिक अमेरिकी नागरिक बन गए और एक स्पष्टवादी नास्तिक थे: उन्होंने कहा, धर्म "केवल इच्छाधारी सोच" था।

हर्बर्ट को जीनियस क्यों कहा जाता है

यहां विशिष्ट संकाय प्रत्याशित उपकरण भौतिकी है: एक ऐसी संरचना के व्यवहार के बारे में सही ढंग से तर्क करने की क्षमता जिसे अभी तक गढ़ा नहीं जा सकता है, और बीस वर्षों तक तर्क पर भरोसा करने की क्षमता जबकि बाकी सभी सबूतों का इंतजार करते हैं। क्रोमर ने खुद इस स्वभाव का वर्णन किया, बिना झूठी विनम्रता के और बिना प्रतिभा का दावा किए: "शुरुआत से ही, मुझे हमेशा उन चीजों में दिलचस्पी रही है जो लोगों द्वारा किए जा सकने वाले कार्यों से कई पीढ़ी आगे थीं। छोटे कदम वास्तव में मुझे दिलचस्पी नहीं देते थे। मुझे बड़े कदमों में दिलचस्पी थी।" कनिष्ठ सहयोगियों के लिए उनकी सलाह उसी से निकली - जो आपको रुचिकर लगता है उस पर काम करें, अनुप्रयोगों को अनदेखा करें, अवसरवादी बनें।

रिकॉर्ड वास्तव में कच्ची प्रसंस्करण शक्ति के बजाय निर्णय का समर्थन करता है। तीन बार - हेटरोजंक्शन ट्रांजिस्टर, डबल-हेटरोस्ट्रक्चर लेजर, गन प्रभाव - उन्होंने समुदाय और तकनीक से वर्षों पहले सही भौतिक सिद्धांत की पहचान की। यह एक दुर्लभ हिट दर है, और यही कारण है कि नोबेल समिति, 2002 में आईईईई मेडल ऑफ ऑनर जूरी, और जर्मन राज्य ने अपने ग्रैंड क्रॉस ऑफ द ऑर्डर ऑफ मेरिट के साथ अंततः सहमति व्यक्त की।

विपरीत मामला ईमानदार है और बताने लायक है। क्रोमर ने वह लेजर नहीं बनाया जिसके लिए वे प्रसिद्ध हैं; अल्फेरोव के समूह और औद्योगिक प्रयोगशालाओं ने क्रिस्टल विकास किया जिसने इसे वास्तविक बनाया, और अल्फेरोव ने अच्छे कारण के लिए पुरस्कार साझा किया। जिन विचारों का परीक्षण दो दशकों तक नहीं किया जा सकता है, वे उत्पन्न करने में सस्ते और मान्य करने में महंगे होते हैं, और क्रोमर के रिकॉर्ड में ऐसे प्रस्ताव शामिल हैं जो केवल इसलिए मायने रखते थे क्योंकि दूसरों के पास उन्हें महसूस करने का धैर्य था। सहकर्मियों ने "जीनियस" के बजाय "सज्जन" और "गुरु" के लिए अधिक बार हाथ बढ़ाया। निष्पक्ष फैसला यह है कि उनके पास असामान्य रूप से विश्वसनीय भौतिक अंतर्ज्ञान था और इसे जल्दी प्रकाशित करने की हिम्मत थी।

विरासत

हर फाइबर-ऑप्टिक लिंक, मोबाइल-फोन पावर एम्पलीफायर, सैटेलाइट ट्रांसमीटर, और एलईडी बल्ब उस सिद्धांत पर चलता है जिसके लिए क्रोमर ने तब तर्क दिया था जब कोई इसे लागू नहीं कर सकता था: कि एक उपकरण के अंदर बैंडगैप परिदृश्य को इंजीनियर करना एक ही सामग्री के चारों ओर उपकरण को इंजीनियर करने से अधिक शक्तिशाली है। 8 मार्च 2024 को सांता बारबरा में 95 वर्ष की आयु में उनका निधन हो गया, वे इतनी लंबी उम्र जी चुके थे कि उन्होंने अपनी सैंडविच से बनी दुनिया को बनते हुए देखा।