Эрнст Г. Бауэр - Ernst G. Bauer

Эрнст Г. Бауэр.

Эрнст Г. Бауэр (1928 г.р.) - немецко-американский физик, известный своими исследованиями в области науки о поверхности. Его самый выдающийся вклад - это его работа по установлению механизмов роста и зародышеобразования тонких пленок и его изобретение в 1962 году низкоэнергетической электронной микроскопии (LEEM), которое было реализовано в 1985 году в рабочей группе Эрнста Бауэра в Германии. В начале 90-х он расширил технику LEEM в двух направлениях, разработав спин-поляризованную электронную микроскопию низкой энергии (SPLEEM) и спектроскопическую фотоэмиссию и электронную микроскопию низкой энергии (SPELEEM). В настоящее время он является заслуженным профессором-исследователем в Университет штата Аризона.

биография

Эрнст Бауэр учился в Университете Мюнхена, Германия, где получил степень магистра физики (1953 г.) и доктора философии PhD (1955 г.). В 1958 году он перешел в лабораторию Майкельсона в Чайна-Лейк, Калифорния, где он стал главой отделения физики кристаллов и стал гражданином США. В 1969 году он занял должность профессора и директора Физического института Технического университета Клаусталя, Германия. В 1991 году он был назначен заслуженным профессором-исследователем в Государственном университете Аризоны. Он продолжал свою исследовательскую деятельность в Германии до 1996 года. С 1996 года он работал полный рабочий день в Университете штата Аризона, а с 2010 года он является заслуженным профессором-исследователем, работая неполный рабочий день в АГУ.

Тонкие пленки и поверхности

Эрнст Бауэр внес свой вклад в области эпитаксии и выращивания пленок с середины 1950-х годов. Он начал свою научную карьеру в Мюнхене с изучения роста и структуры просветляющих слоев с помощью электронной микроскопии и дифракции электронов. Его кандидатская диссертация была посвящена структуре и росту тонких испаренных слоев ионных материалов и стала первым систематическим обширным исследованием эпитаксиального и ориентационного роста волокон, сочетающим электронную микроскопию и дифракцию электронов. Эта экспериментальная работа внесла основной вклад в теорию эпитаксии. Он получил в 1958 г. классификация основных режимов роста тонких пленок, который он назвал Франк-ван дер Мерве (послойный рост), Фольмер-Вебер (островной рост) и Рост Странского-Крастанова (слой + островок). Его термодинамический критерий и терминология используются сегодня во всем мире. В том же году вышла книга Эрнста Бауэра «Дифракция электронов: теория, практика и применение».

Вскоре после его прибытия в лабораторию Майкельсона в Калифорнии зародилась наука о поверхности. Он был вовлечен в нее на раннем этапе, чтобы понять явления тонкой пленки. В этот период он начал исследования роста тонких пленок in situ с помощью традиционной электронной микроскопии, Сверхвысокий вакуум СВЧ дифракция электронов на отражение, ДМЭ дифракции низкоэнергетических электронов и Оже-электронная спектроскопия. Важность адсорбции для начального роста тонких пленок привела его также к адсорбция исследования.

Эрнст Бауэр понял еще в 1961 году, что электронная микроскопия с использованием дифрагированных электронов для построения изображений будет чрезвычайно важна для будущего науки о поверхности. Изобретение в 1962 году электронного микроскопа низкой энергии (LEEM) был стимулирован научным спором с Лестером Гермером о его интерпретации дифракционных диаграмм низкоэнергетических электронов (ДМЭ) в 1960 году. Как и во всех более ранних исследованиях ДМЭ, Гермер предполагал, что картины ДМЭ можно интерпретировать посредством однократного рассеяния. Эрнст Бауэр исправил это, интерпретируя эти наблюдения двойным рассеянием. Он сконструировал первый прибор LEEM и сообщил о нем на Пятом Международном конгрессе по электронной микроскопии в г. 1962. В 1960-х он разработал теоретические основы, необходимые для понимания LEEM.

После того, как он перешел в Технический университет Клаусталя (Германия) в 1969 году, Эрнст Бауэр создал широкую группу по исследованию поверхности, охватывающую большое количество методов электронного и ионного пучка, а также оптических методов. Количественный анализ термодесорбционная спектроскопия (TDS или TPD), метод, который сейчас широко используется, в частности, в химии поверхности. Измерения работы выхода были разработаны и использованы для определения термодинамических свойств двумерных систем с притягивающими боковыми взаимодействиями. Для исследования двумерных систем с отталкивающими или колебательными взаимодействиями его группа разработала Дифрактометрия LEED. Он разработал электронно-стимулированная десорбция (ESD) и статический SIMS для исследования адсорбированных слоев и ультратонких пленок на поверхности монокристаллов; рассеяние щелочных ионов (ISS) для структурного анализа поверхностей; полевая ионная микроскопия (FIM) отдельных атомов и кластеров; СВЧ-СЭМ исследования плавления поверхности.

Эрнст Бауэр внес новаторский вклад в большинство аспектов науки о поверхности с момента ее создания..

Электронная микроскопия поверхности с низкоэнергетическими электронами (LEEM, SPLEEM, SPELEEM, PEEM и т. Д.)

Значительное понимание поверхностей и тонких пленок было достигнуто с помощью методов измерения латерального усреднения, но стало очевидным, что многие проблемы могут быть решены только методами латерального разрешения (микроскопия поверхности).

Эрнст Бауэр изобрел Электронная микроскопия низких энергий (LEEM) уже в 1962 г. но ему пришлось преодолеть сильный скептицизм ученых, а также множество научных и финансовых препятствий, прежде чем, наконец, LEEM был реализован в 1985 году.. Его работа была представлена ​​вниманию более широкого научного сообщества в восьмидесятые годы, когда зрелый LEEM начал производить очень впечатляющие записи динамических изображений с высоким разрешением в реальном времени атомных процессов, таких как зарождение и рост кристаллов, сублимация, фаза. переходы и эпитаксия на поверхностях. Высокая интенсивность сигнала, доступная в LEEM (по сравнению с рентгеновской визуализацией), позволяла наблюдать структуру поверхности и динамические процессы в реальном пространстве и в реальном времени при температурах образца до 1500 K с разрешением по горизонтали 10 нм и разрешением по атомной глубине.

С 1985 года в группе Эрнста Бауэра было проведено множество экспериментов по поверхностной электронной микроскопии с электронами низкой энергии. Научные результаты его исследований опубликованы в 212 статьях (57 из них обзорные).

В конце 80-х - начале 90-х годов Эрнст Бауэр расширил технику LEEM в двух важных направлениях, разработав Спин-поляризованная электронная микроскопия низкой энергии (SPLEEM) и Спектроскопическая фотоэмиссия и электронная микроскопия низких энергий (SPELEEM). Комбинация этих методов теперь позволяет проводить комплексные (структурные, химические, магнитные и электронные) характеристики поверхностей и тонких пленок в масштабе 10 нм.

Более 60 инструментов LEEM в настоящее время установлены и работают во многих лабораториях и на объектах синхротронного излучения по всему миру (США, Европа и Азия). Важным признанием усилий Эрнста Бауэра в области поверхностной микроскопии является растущее число ученых, участвующих в исследованиях LEEM, что находит свое отражение в организации двухгодичных семинаров LEEM / PEEM, первый из которых был организован Эрнстом Бауэром и Анастасия Павловска в Аризоне в 1998 году. Следующий семинар LEEM / PEEM11 номер одиннадцать состоится в 2018 году в Китае.

Высокая яркость источников синхротронного излучения третьего поколения открыла двери для химической и магнитной визуализации поверхности с разрешением в диапазоне 10 нм. После источника света синхротронного излучения ELETTRA в Триесте сейчас используются восемь других источников синхротронного излучения: SLS в Швейцарии, Spring-8 в Японии, Diamond в Великобритании, Maxlab в Швеции, ALBA в Испании, BNL в США, SSRF в Китае, Synchrotron в Таиланде. также оснащен инструментами SPELEEM.

Успех разработки инструментов в группе Бауэра в Техническом университете Клаусталя привел к коммерческому производству этих инструментов и стимулировал несколько других групп к разработке аналогичных инструментов для визуализации поверхности с помощью электронов низкой энергии, что привело к появлению множества коммерческих инструментов. Таким образом Группа Эрнста Бауэра в Клаустале стала колыбелью современной поверхностной электронной микроскопии с низкоэнергетическими электронами. Электронная микроскопия поверхности с использованием электронов низкой энергии началась с изобретения LEEM. Сегодня в мире существуют сотни различных версий этих инструментов, которые постоянно развиваются, расширяя диапазон их применения.

Работа Эрнста Бауэра прямо или косвенно влияет на многие области современного материаловедения: поверхности, тонкие пленки, электронные материалы, катализ и приборы. Изобретение и развитие поверхностной микроскопии с использованием электронов низкой энергии произвело революцию в науке о поверхности и науке о тонких пленках.

Эрнст Бауэр является автором или соавтором более 460 публикаций (среди них 88 обзорных статей и глав книг) и двух книг: «Дифракция электронов: теория, практика и приложения», 1958 г. (на немецком языке) и «Микроскопия поверхности с низкоэнергетическими электронами». ”, 2014.

Вклад в общество

Путем передачи знаний: Типичным для Эрнста Бауэра является то, что он на протяжении всей своей карьеры имел давнее научное международное сотрудничество. У Бауэра были ученые из США, Индии, Японии, Китая, Греции, Южной Африки, Канады, Швеции, Кореи, Голландии и др. (Всего 82 человека). В настоящее время Эрнст Бауэр интенсивно сотрудничает с Японией, Польшей, Италией, Германией и Гонконгом.

Коллоквиумы / семинары и преподавание в международных летних школах и курсах (137 переговоров с 1997 по 2017 год).

Руководитель 22 докторских и 16 магистерских диссертаций в Техническом университете Клаусталя (Германия) и в Государственном университете Аризоны (США).

Важным признанием усилий Эрнста Бауэра в области поверхностной микроскопии является растущее число ученых, участвующих в исследованиях LEEM, что отражается в организации двухгодичные семинары LEEM / PEEM, первая из которых была организована Эрнстом Бауэром и Анастасией Павловской в ​​Аризоне в 1998 году. Инициируя эти конференции, Эрнст Бауэр добился обмена ноу-хау внутри сообщества LEEM, которое и без того очень велико. Десять таких конференций уже прошли очень успешно.

Эрнст Бауэр внес свой вклад в устойчивое развитие общества по инициативе программы солнечной энергии Университета штата Аризона. В 2006 году он успешно инициировал усилия Университета штата Аризона в области солнечной энергетики, которые уже были реализованы в 2008 году и значительно расширились до 2014 года. По состоянию на март 2014 года ASU был ведущим высшим учебным заведением в Соединенных Штатах по производству солнечной энергии.

Награды

  • Премия Геде Немецкого общества вакуума (1988 г.) - «За изобретение электронного микроскопа низких энергий»
  • Избранный член Геттингенской академии наук, Германия (1989)
  • Член Американского физического общества (1991)
  • Премия Медарда В. Уэлча Американского общества вакуума (1992 г.) - «За вклад в фундаментальное понимание зарождения и роста тонких пленок, а также за изобретение, разработку и использование различных методов определения характеристик поверхности для изучения этих тонких пленок»
  • Niedersachsenpreis за науку (1994) - «За развитие LEEM и за его исследования тонких пленок»
  • Член Американского вакуумного общества (1994)
  • Премия 141-го комитета по микропучковому анализу Японского общества содействия науке (2003 г.) - «За выдающиеся исследования в области микропучкового анализа и вклад в комитет JSPS 141»
  • Премия BESSY за инновации в области синхротронного излучения (2004 г.) - «Отличный вклад в развитие фотоэлектронно-эмиссионного микроскопа (PEEM) в качестве системы обнаружения фотоэлектронов с разрешением по энергии, пространству и времени».
  • Премия Дэвиссона-Гермера Американского физического общества (2005 г.) - «За вклад в науку о зарождении и росте тонких пленок, а также за изобретение электронной микроскопии низких энергий»
  • Премия Гумбольдта за исследования (2008) - «За отличные достижения в физике твердого тела»
  • Почетный доктор, Университет Марии Склодовской-Кюри, Люблин, Польша (2008)
  • Сотрудник Elettra Sincrotrone Trieste, Италия (2013 г.) - «Профессор Эрнст Бауэр - выдающийся физик и ученый-поверхностник, внесший фундаментальный вклад в понимание механизмов эпитаксиального роста и развитие методов микроскопии»
  • Почетный доктор, Вроцлавский университет, Вроцлав, Польша (2014)
  • Международный член Японского общества прикладной физики (2015 г.) - «Признание иностранных исследователей, которые внесли значительный вклад в прогресс прикладной физики благодаря международной деятельности, связанной с JSAP»
  • Почетный профессор Чунцинского университета, Китай (2015 г.) - «За выдающиеся достижения в учебе».

Избранные ссылки

1) Э. Бауэр: Phänomenologische Theorie der Kristallabscheidung an Oberflächen I. Z. Kristallogr. 110, 372–394 (1958). DOI: 10.1524 / zkri.1958.110.1-6.372.

2) У. Телипс и Э. Бауэр: аналитический отражательный и эмиссионный сверхвысокочастотный электронный микроскоп, Ultramicroscopy 17, 57-66 (1985). DOI: 10.1016 / 0304-3991 (85) 90177-9

3) Э. Бауэр, Дж. Х. ван дер Мерве: Структура и рост кристаллических сверхрешеток: от монослоя к сверхрешетке. Phys. Ред. B 33 (6), 3657–3671 (1986). DOI: 10.1103 / PhysRevB.33.3657. 4) Э. Бауэр: Ультратонкие металлические пленки: от одного до трех измерений, Бер. Bunsenges. Phys. Chem. 95, 1315-1325 (1991). DOI: 10.1002 / bbpc.19910951102

5) Э. Бауэр, Т. Франц, К. Козиол, Г. Лилиенкамп и Т. Шмидт: Последние достижения LEEM / PEEM для структурного и химического анализа, в: Химический, структурный и электронный анализ гетерогенных поверхностей в нанометровом масштабе, под ред. . R. Rosei (Kluwer Acad. Publ., Dordrecht 1997) стр. 73-84. DOI: 10.1007 / 978-94-011-5724-7_5

6) Э. Бауэр: Основы LEEM. Серфинг. Rev. Lett. 5 (6), 1275-1286 (1998). doi: 110.1142 / S0218625X980016147) Р. Здыб и Э. Бауэр: Спин-разрешенная незанятая электронная зонная структура из квантовых размерных осцилляций отражательной способности медленных электронов от ультратонких ферромагнитных кристаллов, Phys. Rev. Lett. 88, 166403-1-4 (2002). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.88.166403

8) А. Локателли и Э. Бауэр: Последние достижения в области химической и магнитной визуализации поверхностей и границ раздела с помощью XPEEM, J. Phys: Cond. Matter 20, 82202-82024 (2008). DOI: 10.1088 / 0953-8984 / 20/9/093002

9) Э. Бауэр, К. Ман, А. Павловская, А. Локателли, Т.О. Ментеш, М.А.Ниньо, М.С. Альтман: образование Fe3S4 (грейгита) в результате реакции пар-твердое тело, J. Mater. Chem A 2 (6), 1903-1913 (2014). DOI: 10.1039 / C3TA13909C

10) М. Левандовски, И.М.Н. Грут, ZH. Qin, T. Ossowski, T. Pabisiak, A. Kiejna, A. Pavlovska, S. Shaikhutdinov, HJ. Фройнд и Э. Бауэр: Наноразмерные модели на поверхности полярных оксидов, Химия материалов 28, 7433-7443 (2016). DOI: 10.1021 / acs.chemmater.6b03040

внешние ссылки

  • https://web.asu.edu/ernst Веб-страница Эрнста Бауэра из Университета штата Аризона.