Herbert Kroemer: İmkansız cihazları tasarlayan fizikçi

1963 yılında, Palo Alto'daki Varian Associates'te çalışırken, Herbert Kroemer (Herbert Kroemer) farklı yarı iletkenlerin sandviç katmanlarından yapılmış bir lazer önerdi. Kimse bunu inşa edemezdi. Gerekli kristal büyütme teknikleri mevcut değildi ve yıllarca da olmayacaktı. Yine de önerdi. Altı on yıl sonra, çift heteroyapılı lazer, fiber optik ağların ve CD çalarların içindeki ışık kaynağı haline geldi ve UCSB'den meslektaşı John Bowers'ın (John Bowers) ifade ettiği gibi, "İnterneti mümkün kılan ve dünyayı dönüştüren" cihaz oldu.

Weimar'dan Göttingen'e

25 Ağustos 1928'de Weimar'da, hiçbir akademik geleneği olmayan bir evde doğdu: babası memurdu, annesi ev hanımıydı ve ikisi de liseyi bitirmemişti. Almanya ergenliği sırasında çöktü ve o bu durumdan fizik alanına çıktı. Göttingen Üniversitesi'nde 1951'de diploma ve 1952'de teorik fizik alanında doktora derecesi aldı; transistörlerdeki sıcak elektron etkileri üzerine bir tez yazdı - bu, seçtiği sırada sadece beş yıllık bir konuydu, çünkü transistörün kendisi 1947'de duyurulmuştu. Bu, ömür boyu sürecek bir alışkanlığın ilk işaretiydi: teknolojilere yerleşmeden önce onlara bağlanmak.

Endüstride huzursuz bir on yıl

Kroemer'in yirmili ve otuzlu yaşları, iki kıtadaki endüstriyel laboratuvarlar arasında gidip gelerek geçti; bu, aynı fikir üzerinde çalışmaya devam ettiğini fark edene kadar dağınık görünen bir kalıptı. 1952'de Darmstadt'taki Alman Posta Servisi'nin telekomünikasyon araştırma laboratuvarında başladı. 1950'lerin ortalarında Princeton, New Jersey'deki RCA Laboratuvarları'na geçti. 1957'den 1959'a kadar Hamburg'daki Philips araştırma laboratuvarındaydı. 1959'da Palo Alto'daki Varian Associates'e taşındı ve en önemli çalışmalarını ürettiği on yıl boyunca orada kaldı.

Bu süreçte, taşıyıcıları taban boyunca difüzyonun tek başına izin verdiğinden daha hızlı itmek için dereceli bir safsızlık profili kullanan bir cihaz olan sürüklenme transistörünü icat etti. Bu, kariyeri boyunca detaylandıracağı bir fikrin başlangıcıydı: yarı iletkenin iç manzarasını, elektronların doğanın düzenlemediği şekillerde davranmasını sağlayacak şekilde tasarlayabilirdiniz.

İki malzeme gerektiren transistör

RCA'da Kroemer, heteroyapı bipolar transistör kavramını geliştirdi. Geleneksel yarı iletken cihazlar tek bir malzemeden yapılır - farklı bölgelerde farklı şekilde katkılanmış silikon. Kroemer'in önerisi, iki farklı yarı iletkeni birbirine bağlamaktı, böylece arayüzdeki bant aralığındaki ani değişim, taşıyıcılar üzerinde bir kuvvet, yani harici voltaj gerektirmeyen yarı elektrikli bir alan olarak hareket edecekti. 1950'lerin ortalarında, bunun sağlayacağı spesifik performans avantajlarını belirledi. Argüman teorik olarak temiz ve pratik olarak zamanından önceydi; farklı kristaller arasında atomik olarak keskin bağlantılar yapmak için gereken malzeme bilimi onlarca yıl uzaktaydı.

Kimsenin inşa edemediği bir lazer

1963'teki çift heteroyapı önerisi, ışığa uygulanan aynı mantıktı. Kroemer, hem taşıyıcıları hem de fotonları iki geniş bant aralıklı kaplama katmanı arasındaki ince bir aktif katmanda sınırlarsanız, kriyojenik darbeler yerine oda sıcaklığında sürekli çalışabilen bir lazer elde edeceğinizi savundu. Yarı iletken lazeri laboratuvar yeniliği yerine kullanılabilir bir nesne haline getiren tasarım ilkesi buydu. Leningrad'da bağımsız olarak çalışan Zhores Alferov (Zhores Alferov) aynı alanı takip etti; 2000 yılında iki adam, "yüksek hızlı ve opto-elektronikte kullanılan yarı iletken heteroyapıları geliştirdikleri için" Nobel Fizik Ödülü'nü paylaştı.

1964'te Kroemer, bazı yarı iletkenlerdeki yüksek frekanslı elektriksel salınımların arkasındaki mekanizma olan Gunn etkisinin (Gunn effect) ilk doğru açıklamasını yayınladı - bu, alan soru üzerinde anlaşmaya varmadan önce fiziğe ulaşmanın bir başka örneğiydi.

Santa Barbara ve bileşik bahsi

1968'de Colorado Boulder Üniversitesi'nde elektrik mühendisliği profesörü olarak akademiye girdi ve 1976'da, Malzeme alanında ortak bir atama ile Donald W. Whittier (Donald W. Whittier) Elektrik Mühendisliği Kürsüsü'nü tuttuğu California Üniversitesi, Santa Barbara'ya taşındı. Orada, bilimsel bahisleri kadar aykırı bir kurumsal kumar oynadı: bir bölümü, her şeye hakim olan silikon yerine bileşik yarı iletkenlere - galyum arsenit ve akrabalarına - yatırım yapmaya ikna etti. Dünyanın önde gelen grubu haline gelen şeyin ilk üyesiydi. Ayrıca geç yaşta deneyselci oldu, UCSB'de moleküler ışın epitaksisine öncülük etti ve bunu kimsenin denemediği malzeme sistemlerine uyguladı, sonunda 1950'lerin teorisinin varsaydığı atomik olarak hassas arayüzleri inşa etti. 2012'de emekli oldu.

Öğretmen, ders kitabı yazarı, beyefendi

Kroemer, alışılmadık bir netliğe sahip iki ders kitabı yazdı: 1980'de Charles Kittel (Charles Kittel) ile ikinci baskısını ürettiği Termal Fizik (Thermal Physics) ve Mühendislik, Malzeme Bilimi ve Uygulamalı Fizik için Kuantum Mekaniği (Quantum Mechanics for Engineering, Materials Science and Applied Physics). Meslektaşları, ilkokul ziyaretçisiyle bir lisansüstü öğrencisiyle olduğu kadar kolaylıkla fizik konuşabilen ve seminerlerde zor sorular sorarken cevabın bir hüküm gibi hissettirmesine asla izin vermeyen, keskin bir mizah anlayışına sahip bir adamı hatırladılar. Dekan Umesh Mishra (Umesh Mishra), onu Hint anlamında bir guruya benzetti - teknik içeriğin yanı sıra "ahlak, etik, liderlik, zarafet ve cömertlik" aktaran biri. Shuji Nakamura (Shuji Nakamura), kendi mavi LED icadını Kroemer'in heteroyapı kavramına borçlu olduğunu belirtti. Kroemer 2003 yılında ABD vatandaşı oldu ve açık sözlü bir ateistti: dinin "sadece hüsnükuruntu" olduğunu söylerdi.

Herbert neden dahi olarak adlandırılır

Buradaki ayırt edici yetenek, öngörücü cihaz fiziğidir: henüz üretilemeyen bir yapının davranışı hakkında doğru bir şekilde akıl yürütme ve herkes kanıt beklerken yirmi yıl boyunca bu akıl yürütmeye güvenme yeteneği. Kroemer bu eğilimi kendisi, sahte bir alçakgönüllülük olmadan ve deha iddiasında bulunmadan tanımladı: "Başından beri, her zaman insanların yapabileceklerinin birkaç nesil ilerisinde olan şeylerle ilgilendim. Küçük adımlar gerçekten ilgimi çekmiyordu. Büyük adımlarla ilgileniyordum." Genç meslektaşlarına tavsiyesi de bundan kaynaklanıyordu - ilginizi çeken şey üzerinde çalışın, uygulamaları görmezden gelin, fırsatçı olun.

Kayıtların aslında desteklediği şey, ham işlem gücünden ziyade yargıdır. Üç kez - heteroyapı transistörü, çift heteroyapı lazeri, Gunn etkisi - topluluktan ve teknolojiden yıllar önce doğru fiziksel ilkeyi tanımladı. Bu nadir bir isabet oranıdır ve Nobel komitesinin, 2002'deki IEEE Onur Madalyası jürisinin ve Alman devletinin Liyakat Nişanı ile sonunda hemfikir olmasının nedeni budur.

Karşı durum dürüsttür ve belirtmeye değerdir. Kroemer, ünlü olduğu lazeri inşa etmedi; Alferov'un grubu ve endüstriyel laboratuvarlar onu gerçek kılan kristal büyümesini gerçekleştirdi ve Alferov ödülü iyi bir nedenle paylaştı. İki on yıl boyunca test edilemeyen fikirlerin üretilmesi ucuz, doğrulanması pahalıdır ve Kroemer'in kayıtları, yalnızca başkalarının onları gerçekleştirecek sabrı olduğu için önemli olan önerileri içerir. Meslektaşları "dahi"den çok "beyefendi" ve "guru" kelimelerine başvurdular. Adil hüküm, alışılmadık derecede güvenilir bir fiziksel sezgiye ve bunu erken yayınlama cesaretine sahip olduğudur.

Miras

Her fiber optik bağlantı, cep telefonu güç amplifikatörü, uydu vericisi ve LED ampul, Kroemer'in kimse uygulayamadığında savunduğu ilkeyle çalışır: bir cihazın içindeki bant aralığı manzarasını tasarlamak, cihazı tek bir malzeme etrafında tasarlamaktan daha güçlüdür. 8 Mart 2024'te Santa Barbara'da 95 yaşında öldü, sandviçlerinden inşa edilen bir dünyayı izleyecek kadar uzun yaşadı.