Soldaţii de germaniu
„În microelecronică există o lege a lui Gordon Moore, fondatorul de la Intel Corporation. Prin 1965, el a prezis că, la fiecare 2 ani, densitatea de tranzistori se va dubla. Prezicerea lui s-a bazat pe nişte simple observaţii, iar de atunci microelectronica încearcă să ţină pasul cu ea. Ideea de bază e că, dacă vrei să obţii viteză de calcul tot mai mare îţi trebuie tot mai multe tranzistoare şi există doar două posibilităţi: sau faci procesoare tot mai mari care să încorporeze cât mai multe tranzistoare ceea ce economic nu e avantajos, sau micşorezi mărimea tranzistoarelor pe bază de siliciu. Asta s-a făcut, se face în continuare de mai bine de o jumătate de secol. Se numesc noduri în microelectronică. Ultimele procesoare Intel Duo Core 2 Duo sunt pe tehnologie de 22 nanometri, procesoarele Intel Core M din laptopuri Ultrabook introduse anul trecut sunt pe tehnologie de 14 nm, iar în 2016 se preconizează că se vor introduce procesoare cu tehnologie de 10nm. Problema e că, cu cât se reduce dimensiunea fizică a tranzistoarelor şi se reduce lungimea conexiunilor electrice din interiorul acestora, apar probleme de disipare a energiei, tunelare cuantică, nişte bariere fizicesau chiar insurmontabile şi de aceea este de aşteptat ca siliciul să nu mai poată ţine pasul cu legea aceasta „economică” a lui Gordon Moore şi se încearcă să se folosească nişte materiale noi cu proprietăţi superioare siliciului cum ar fi galiu-arseniul, germaniul, carbidul de siliciu, nitridul de galiu şi multea ltele care să se pună direct pe siliciu, acesta din urmă să fie doar suportul.
La Politehnica din Zürich, noi am încercat să punem germaniu pe siliciu fiindcă doream să contruim un nou detector de radiaţie X pentru medicină cu rezoluţie şi sensibilitate nemaiîntâlnite până acum , deci ceva care ar avea implicaţii în societatea umană. Eu personal am încercat să pun atomi de germaniu pe o suprafaţă de siliciu care a fost modificată în aşa fel încât în loc să fie să fie o suprafaţă plană, era o pădure deasă din nişte stâlpi minusculi de siliciu. Germaniul e un material mult mai „greu” decât sioliciul, deci mai bun pentru detecţia de radiaţie X, făcând parte din aceeaşi grupă a sistemului periodic a lui Mendeleevcu siliciul, având aceeaşi structură cristalină, dar distanţa interatomică mai mare. Am fost foarte impresionat să descopăr faptul că cristalele de germaniu, în loc să crească cum ne aşteptam, , aşa cum spunea teoria, să unească spaţiile libere dintre stâlpii minusculi de siliciuşi eventual la urmă să creştem un material de o calitate suficient de bună care să ne permită să obţinem proprietăţile dorite, nu s-a întâmplat deloc aşa. De fapt, materialul a crescut ca o pădure de cristale, stâlpii se apropiau unul de altul, dar nu se atingeau. Obţinusem cristale de germaniu apropiate de perfecţiune aşa cum sunt, de exemplu, „florile de mină”, ceea ce nu se reuşise în ultimii 40 de ani de când s-au inventat tehnicile de depunere epitaxială. Când am văzut lucrula cesta la microscopul de electroni, mi-am adus aminte că am mai văzut imaginea undeva: Armata de teracota a primului împărat al Chinei. Împăratul se numea Qin Shihuang, de unde vine şi denumirea Chinei.De atunci am botezat cristalele mele „soldaţii de germaniu”, deşi aceştia din urmă sunt cam de un milion de ori mai mici decât „fraţii” lor din teracotă.
Norocul îi favorizează pe cei îndrăzneţi
„Desigur a fost multă experienţă şi know-how. De prin 1970, de când s-au inventat tehnicile acestea de epitaxie moleculară cu ajutorul cărora se pot obţine materiale prin depunere atomică, deci atom peste atom, s-a încercat combinarea materialelor, cu proprietăţi fizice diferite, dar nu s-a putut. Problemele mari se cunoşteau şi trebuia doar o „scânteie”care să arate cum să pot fi surmontate obstacolele. În descoperirea noastră, bineînţeles, au fost implicate mai multe echipe de la Politehnica Federală din Zürich, Laboratoarele Empa Elveţia, Centrul Elveţian de Electronică şi Microtehnică şi au mai fost şi nişte parteneri străini din Italia de la Politehnica Milano. Eram vreo 50 de oameni implicaţi în proiectul acesta. Eu m-am alăturat echipei în 2010, iar sarcina mea a fost să cresc materialul absorbant de radiaţie X, germaniul, direct pe chipurile de procesare a imaginii pe bazde siliciu. Dacă aş fi reuşit, ar fi fost prima dată când lucrul acesta s-ar fi făcut în ştiinţă. Secretul a fost structurarea suportului de siliciu într-o pădure de stâlpi minusculi şi depunerea atomilor de germanium cu viteză mare. Efectul a fost neaşteptat şi, după cum spuneam înainte, am obţinut o „armată” de cristale de germaniu perfecte. Eu am fost cel care a realizat şi observat lucrul acesta pentru prima oară şi le-am spus colegilor de echipă. De aceea am fost şi primul autor al articolului respectiv care s-a publicat în revista “Science”. A fost desigur şi o marjă de noroc, de scânteie, dar a fost şi multă muncă. Întotdeauna e aşa: 99% transpiraţie şi 1% inspiraţie. Norocul e întotdeauna îi favorizează pe cei curajoşi, îndrăzneţi”
Pe prima pagină a revistei “Science”, un reper mondial pentru ştiinţă
„Nanotehnologia e artă la nivel nanometric. Fizica şi arta îşi dau mâna la nivel foarte mic. Desigur, în loc să folosească pensule de pictură şi dălţi de sculptură, în nanotehnologie se folosesc fascicule ultrafine de fotoni, electroni, ioni de galiu sau de heliu. Descoperirea pe care am făcut-o va avea repercusiuni foarte importante pentru umanitate, pentru medicină, pentru informatică, electrotehnică, se vor putea construi celule solare cu randament foarte mare de conversie a energiei electrice, detectoare de radiaţie X sau de particule elementare, tranzistoare de mare putere. Am trimis descoperirea noastră revistei „Science”, fondată de Thomas Edison acum vreo 140 de ani. E foarte dificil să publici acolo. Acolo se publică tot ce e mai bun din ştiinţă, nu doar din fizică, dar în special din biologie şi medicină, domenii care ţin de viaţa umană. Din articole, cam 70% sunt din medicină fiindcă sunt foarte mulţi bani alocaţi pentru cercetarea cancerului, a SIDA. A fost acceptată lucrarea noastră şi ni s-a cerut să trimitem fotografii pentru coperta revistei, ceea ce a fost extraordinar, fenomenal. Să publici în „Science” e deja un lucru extraordinar, dar să ţi se ceară să trimiţi ceva pentru copertă a fost de vis, neaşteptat.
Am vorbit cu directorul artistic de la „Science” despre paralela mea cu Armata de teracota şi i-a plăcut mult. Mi-a spus că arată fenomenal pe copertă, superb. Am trimis vreo 3000 de fotografii cu cristalele mele de germaniu făcute cu un microscop electronic de mare rezoluţie din care ei au selectat una singură. Articolul a apărut în 16 martie 2012 şi datorită acestei apariţii s-a auzit despre descoperirea noastră în zeci de ţări din lume. Se vorbea că a fost făcută de cercetătorii elveţieni, împreună cu colegi italieni, însă pe copertă scria numele meu, al unui un român. Bineînţeles că era o echipă în spate. Toţi am lucrat, aşa se face în cercetarea ştiinţifică, nu se mai poate face de unul singur. E team work.
În anul 2012, pe o altă copertă a revistei „Science” a fost prezentată descoperirea Bosonului Higgs, supranumit „particula lui Dumnezeu”. E interesant că au lucrat mii de cercetători pentru ca două persoane să ia Premiul Nobel. De obicei, ce se publică în „Science” din America şi „Nature” din Anglia sunt lucruri extrem de importante. În cele două reviste apar „motoarele ştiinţei”, se arată ce se descoperă şi încotro se îndreaptă umanitatea.
De ce e importantă descoperirea
„Acum lucrăm pentru noua generaţie de detectoare de radiaţii X, radiaţii gama şi de particule elementare. Cu toate acestea, metoda aceasta nouă de obţinere a unor materiale perfecte puse direct pe siliciu – ceea ce 40-50 de ani oamenii au încercat şi nu au reuşit din cauza unor limite fizice, cum ar fi stresul termic, stresul cauzat de diferenţa dintre distanţele interatomice a materialelor –se poate aplica la orice combinaţie de materiale. Aceasta a fost noutatea şi impactul mare pe care l-a avut cercetarea noastră.
A auzit de cercetarea noastră şi Institutul de Microtehnologie din Bucureşti care m-a invitat în 2012 să prezint rezultatele noi la Sinaia, la Conferinţă Anuală de Semiconductori. Acolo au fost prezenţi cercetători din mai multe ţări, iar rezultatele noastre au fost”cireaşa de pe tort” a conferinţei respective. Am fost contactat anul trecut de către Academia Română şi mi s-a comunicat că s-au gândit să-mi ofere Premiul Academiei Române pentru rezultatele mele extraordinare. Eu l-am recomandat şi pe un coleg elveţian, profesorul Hans von Känel, cu care lucrasem la Politehnica Federală. Eram cercetător principal în grupul lui şi l-am propus şi pe dânsul să fie laureat al Premiului Academiei Române”.
De ce a părăsit dr. Claudiu Falub lumea universitară ca să intre în industrie şi la ce lucrează acum, veţi afla dintr-un alt material.
Cristiana Sabău
Adaugă comentariu