Alex Zettl

Alex Zettl
Zettl crop.jpg
Alma mater BA University of California, Berkeley , Ph.D. University of California, Los Angeles
Känd för Konstruktioner i nanoskala
Vetenskaplig karriär
institutioner Lawrence Berkeley National Laboratory , University of California, Berkeley

Alex K. Zettl (född 11 oktober 1956) är en amerikansk experimentell fysiker, utbildare och uppfinnare.

Han är professor vid forskarskolan i fysik vid University of California vid

Berkeley och senior vetenskapsman vid Lawrence Berkeley National Laboratory . Zettl är en ledande expert inom syntes, karakterisering och tillämpning av lågdimensionella material. Han har syntetiserat och studerat nya material, särskilt de baserade på kol, bor och kväve, och har gjort många uppfinningar inom området elektroniska material och nanoelektromekaniska system. Zettl och hans forskargrupp var de första som syntetiserade bornitrid-nanorör och skapade kemiska sensorer för kolnanorör. Han och hans team byggde världens minsta syntetiska elektriskt drivna roterande nanomotor, den minsta fullt integrerade FM-radiomottagaren, en nanomekanisk massbalans med enatoms känslighet, spänningskontrollerbara avslappningsoscillatorer i nanoskala och en termisk likriktare i nanoskala som är användbar för fononiska kretsar. och hans team uppfann nanomanipulatorn, upphängt grafennät och grafenvätskecellen och grafenflödescellen, som alla har mycket avancerad transmissionselektronmikroskopi.

tidigt liv och utbildning

Zettl föddes i San Francisco, Kalifornien. Han gick på Sir Francis Drake High School (nuvarande Archie Williams High School), University of California, Berkeley (AB 1978) och University of California, Los Angeles (MS 1980, Ph.D. 1983). Hans doktorandområde var experimentell kondenserad materiens fysik. Hans Ph.D. rådgivare var prof. George Grüner.

Karriär

Som doktorand samarbetade Zettl nära med tvåfaldiga fysiknobelpristagaren John Bardeen. Bardeen hade utvecklat en ny teori om makroskopisk kvanttunnelering av laddningstäthetsvågor, och Zettl utförde experiment för att testa teorin. Efter att ha avslutat sin doktorsexamen tillträdde Zettl omedelbart en fakultetstjänst vid fysikavdelningen vid University of California, Berkeley, och har stannat där under hela sin akademiska karriär (biträdande professor, 1983-86; docent, 1986-1988; professor; professor , 1988-2022; Professor vid forskarskolan i fysik, 2022-nuvarande).

Vid Lawrence Berkeley National Laboratory ledde Zettl supraledningsprogrammet från 1990 till 2002, och programmet för sp2-bundna material från 1997 till 2022. Från 2004 till 2014 ledde han det National Science Foundation-finansierade Center of Integrated Nanomechanical Systems. Centret samlade cirka 25 forskarlag från fyra institutioner (UC Berkeley, Stanford University, California Institute of Technology och UC Merced) och främjade mycket tvärvetenskaplig nanoelektromekanisk forskning. Centret utvecklade också ett flertal utbildningsprogram. Från 2013 till 2015 var Zettl meddirektör (tillsammans med Carolyn Bertozzi) och från 2015 till 2022 direktör för Berkeley Nanosciences and Nanoengineering Institute (BNNI), en paraplyorganisation för att utöka och koordinera Berkeleys forskning och utbildningsverksamhet inom vetenskap och nanoskala. teknik.

Zettl har givit råd till cirka 50 doktorander (inklusive de som tar doktorsexamen i kemi, maskinteknik, elektroteknik och materialvetenskap), och cirka 40 postdoktorala forskare.

Utvalda forskningsresultat

Tillgång till Zettls över 600 forskningspublikationer, kompletterande material och forskningshöjdpunkter finns på https://www.ocf.berkeley.edu/~jode/index.html .

Laddningsdensitetsvågstatik och olinjär dynamik

Zettl upptäckte kaotisk respons och periodfördubblingsvägar till kaos i dynamiska ladddensitetsvågsystem (CDW) som drivs av ett rf-fält, och fann att modlåsning helt fryser ut alla interna fluktuationer i det kollektiva modkondensatet. Han identifierade fasslipcentra som ursprunget till så kallad switching i CDW. Han upptäckte ovanlig elektroelastisk koppling i CDW-system och studerade utvecklingen av CDW-orderparametern när provstorlekarna närmade sig nm-skalan. För det statiska 2D-CDW-systemet TaS2 använde Zettl kryogena STM-mätningar för att helt karakterisera domänstrukturen och för att kontrastera bulk-CDW-parametrar som bestämts via röntgenspridning till CDW-parametrar på ytan som fastställts av STM.

Högtemperatursupraledare och fullerener

Zettl utförde seminalisotopeffektmätningar i högtemperatursupraledare, inklusive att ersätta syre-, barium- och kopparisotoper i Y-Ba-Cu-O, ersätta syreisotoper i La-Sr-Cu-O och ersätta kol- och alkaliisotoper i A 3 C60 . _ Dessa mätningar satte allvarliga begränsningar på supraledningsmekanismen och avslöjade att supraledning i kopparoxiderna sannolikt inte var fononmedierad, men troligen fononmedierad i fullerenerna. Zettl var den första som interkalerade hög-T c- supraledare med främmande molekyler som gjorde att Cu-O-plan kunde separeras fysiskt och elektroniskt. Zettl producerade också högkvalitativa enkristaller av fullerensupraledare som underlättade en mängd detaljerade transporter och termodynamiska mätningar. Zettl avslöjade de elastiska egenskaperna hos material med hög T c och bestämde den effektiva dimensionaliteten hos fullerensupraledare via parakonduktivitetsmätningar.

Kol- och bornitridnanorör och relaterade nanostrukturer

Zettl har utfört omfattande studier av de mekaniska och elektroniska egenskaperna hos kolnanorör (CNT). Han skapade elektroniska enheter från CNT, inklusive en likriktare och kemisk sensor. Från termisk konduktivitetsmätningar extraherade han det linjära-T-beteende som förväntades från värmekonduktansens kvantum. Han skapade en mycket robust CNT-baserad emissionskälla för elektronfält. Zettl upptäckte att CNT:er kunde vara stabila i ett helt kollapsat tillstånd, vilket ledde till en förfinad kvantifiering av interskiktsinteraktionsenergin i grafit; denna viktiga parameter hade tidigare varit förvånansvärt dåligt definierad experimentellt.

Zettl var den första att syntetisera bornitrid nanorör (BNNT), för vilka (i skarp kontrast till CNTs), de elektroniska och optiska egenskaperna är relativt okänsliga för väggnummer, diameter och kiralitet. Zettl hittade också olika sätt att effektivt syntetisera BNNT, tillsammans med relaterade BN-baserade nanomaterial som BN nanococoons och BN aerogeler. Han utvecklade också metoder för att funktionalisera de yttre ytorna av BNNT och fylla dem med främmande kemiska arter som skapar nya strukturer inklusive silokristaller. Zettl visade experimentellt att ett elektriskt fält kunde användas för att modulera det elektroniska bandgapet för BNNTs (gigantisk Stark-effekt).

Nanoelektromekaniska system och framsteg inom transmissionselektronmikroskopi

Zettl utvecklade transmissionselektronmikroskopets (TEM) nanomanipulator, som möjliggjorde elektrisk och mekanisk stimulering av nanoskalaprov medan de avbildades inuti TEM. Nanomanipulatorn skulle kunna konfigureras som en mekanisk och/eller elektrisk sond placerad med atomär precision, som ett skanningstunnelmikroskop eller som ett atomkraftmikroskop med möjlighet till samtidig kraftmätning. Zettl använde nanomanipulatorn för att bevisa att CNT med flera väggar var sammansatta av kapslade koncentriska cylindrar snarare än rullar, och han bestämde de grundläggande friktionskrafterna mellan cylindrarna. Detta ledde till hans uppfinning av den roterande nanomotorn som använde nanorörslager. Andra uppfinningar av Zettl som resulterade var ytspänningsdrivna avslappningsoscillatorer, avstämbara resonatorer, nanokristalldrivna linjärmotorer, en helt integrerad nanoradiomottagare, en nanoballongaktuator och elektriska och termiska reostater i nanoskala. Zettl använde nanomanipulatorn för att utföra de första elektronholografiexperimenten på material i nanoskala, som kvantifierade kvantmekaniska fältemissioner från CNT. Med hjälp av en arkitektur som liknar den för hans nanoradio skapade Zettl en nanoelektromekanisk "balans" som hade en atommassens känslighet, och med vilken han observerade atomärt skottljud för första gången. Han utvecklade ett suspenderat grafenmembran som möjliggjorde nästan realtids-TEM-avbildning av individuella kolatomers dynamik och andra isolerade atomära och molekylära arter. Zettls utveckling av TEM-grafenvätskecellen och grafenflödescellen förde ultrahögupplöst realtidsbild i vätskefas till TEM-världen. Zettl utvecklade också nanomekaniska biologiska prober, skräddarsydda nanoporer och högeffektiva bredbandsgrafenbaserade mekaniska energiomvandlare.

2D-material

Zettl har gjort viktiga bidrag till syntesen och karakteriseringen av en mängd 2D-material, inklusive TaS 2 , MoS 2 , legerade NbS 2 , NbSe 2 och 2D-kvasikristaller. Zettl upptäckte nyligen ett sätt att förbättra och kontrollera kvantljusemission i hexagonala BN-heterostrukturer, med implikationer för överföring och hantering av kvantinformation.

Isolering av 1D-kedjor och topologiska material

I analogi med isoleringen av 2D-grafen från grafit utvecklade Zettl en metod med vilken enstaka eller få kedjor av kvasi 1D-material kunde isoleras och studeras. Han gjorde detta genom att syntetisera materialen i det begränsade (och skyddande) insidan av CNT och BNNT. Metoden har gett okända strukturer i "bulk", med ofta intressanta elektroniska egenskaper (som skarpa metall-till-isolator-övergångar) och icke-triviala topologiska egenskaper. Atomexakta ultrasmala nanoband skapades också av Zettl via denna begränsade tillväxtmetod.

Flytande elektronik

Med hjälp av ledande nanopartiklar som mjukt "fastnat" vid gränssnittet mellan två oblandbara vätskor, konstruerade Zettl elektroniska enheter och "kretsar", vilket förverkligade ett effektivt paradigm för "all flytande elektronik". Sådana konstruktioner skulle kunna underlätta enklare omkonfigurering eller fullständig återvinning av beståndsdelar när väl kretsarkitekturen blir föråldrad.

Utvalda böcker, bokkapitel och recensionsartiklar

  • S. Saito och A. Zettl, red. Kolnanorör: kvantcylindrar av grafen.

Contemporary Concepts of Condensed Matter Science, volym 3, sid 1-215 (2008)

  • G. Grüner och A. Zettl. Laddningsdensitetsvågledning: ett nytt kollektivt transportfenomen i fasta ämnen. Phys. Reports 119, 117 (1985)
  • A. Zettl. Kaos i solid state-system. I Methods and Applications of Nolinear Dynamics, ACIF Series vol. 7, A. Saenz, red. (World Scientific, Singapore, 1988), sid. 203
  • A. Zettl och G. Grüner. Vägar till kaos i laddningstäthetsvågsystem. Kommentarer i Cond. Matt. Phys. 12, 265 (1986)
  • S. Brown och A. Zettl. Laddningsdensitetsvågströmsoscillationer och interferenseffekter. In Charge Density Waves in Solids, Modern Problems in Condensed Matter Science Series vol. 25, L. Gor'kov och G. Grüner, red. (Elsevier, Amsterdam, 1989)
  • A. Zettl, WA Vareka och X.-D. Xiang. Interkalerande supraledare med hög Tc-oxid. I Quantum Theory of Real Materials, JR Chelilowsky och SG Louie, red. (Kluwer Academic Publishers, Boston, 1996) sid. 425
  • J. C. Grossman, C. Piskoti och A. Zettl. Molekylär och fast C36. I Fullerenes: Chemistry, Physics, and Technology, K. Kadish och R. Ruoff, red. Kap 20, 887-916 (2000)
  • NG Chopra och A. Zettl. Bor-nitrid-innehållande nanorör. I Fullerenes: Chemistry, Physics, and Technology, K. Kadish och R. Ruoff, red. Kap.17, 767-794 (2000)
  • A. Zettl. Nya kolmaterial. McGraw Hill Yearbook of Science & Technology. (McGraw Hill, 1999)
  • A. Zettl och J. Cumings. Elastiska egenskaper hos fullerener. I Handbook of Elastic Properties of Solids, Liquids and Gases, Levy, Bass and Stern, eds. (Academic Press, 2000) Kap. 11, s. 163-171
  • A. Kis och A. Zettl. Nanomekanik av kolnanorör. Phil. Trans. R. Soc. A 366, 1591-1611 (2008)
  • ML Cohen och A. Zettl. Fysiken hos bornitrid nanorör. Physics Today 63 (11), 34-38 (2010)
  • J. Park, VP Adiga, A. Zettl och AP Alivisatos. Högupplöst bildbehandling i grafenvätskecellen. I Liquid Cell Electron Microscopy, FM Ross, red. (Cambridge University Press, Cambridge, Storbritannien, (2017) s. 393.

Pris och ära

IBM Pre-Doctoral Fellowship (1982-1983); Presidentens Young Investigator Award (1984–1989); Sloan Foundation Fellowship (1984–1986); IBM Faculty Development Award (1985–1987); Miller Professorship (1995); Lawrence Berkeley National Laboratory Award Outstanding Performance Award (1995); Lucent Technologies Faculty Award (1996); Fellow i American Physical Society (1999); Lawrence Berkeley National Laboratory Award Outstanding Performance Award (2004); FoU 100 Award (2004); APS James C. McGroddy-priset för nya material (delat med Hongjie Dai) (2006), Miller-professuren (2007); FoU 100 Award (2010); Feynman-priset i nanoteknik, experimentell (2013); Medlemskap, American Academy of Arts and Sciences (2014); FoU 100 Award (2015); Clarivate Citation Laureate (2020)

Privatliv

Zettl är en friluftsentusiast. Han är en ivrig havs- och forspaddlare och en raft. Han har guidat ett flertal fortfärder på floder av klass 5 i hela Kalifornien, och har guidat vildmarksnedgångar av floderna Tatshenshini och Alsek i Alaska och en nedstigning i mitten av vintern av Coloradofloden genom Grand Canyon. Zettl tycker om backcountry-skidor och bergsklättring, särskilt expeditionsklättring. Han har lett eller varit med och lett åtskilliga klätterexpeditioner till Alaska Range, Saint Elias Range (Alaska och Yukon) och Anderna i Ecuador, Peru och Argentina. Han har klättrat tekniska rutter på Denali, och genomfört en skidnedstigning av Logan, Kanadas högsta topp. Han har klättrat mycket i Sierra Nevada i Kalifornien, Cascades of the Pacific Northwest, vulkanerna i Mexiko, Alperna i Tyskland, Frankrike, Schweiz och Italien, topparna i Marocko och Tanzania, Alperna i Japan och Nya Zeeland, och i Himalaya och Karakoram i Nepal och Pakistan. Zettl tycker också om att designa och konstruera amatörelektronik och att bygga och driva terrängfordon.

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Alex_Zettl&oldid=1139398153 "