Elias Burstein

Elias Burstein
Elias Burstein
Född	( 30-09-1917 ) 30 september 1917 Brooklyn , New York
dog	17 juni 2017 (2017-06-17) (99 år) Bryn Mawr, Pennsylvania
Nationalitet	amerikansk
Alma mater	Brooklyn College University of Kansas
Känd för	forskning i optisk fysik av fasta ämnen
Utmärkelser	John Price Wetherill-medalj (1979) Frank Isakson-priset (1986)
Vetenskaplig karriär
Fält	Fysik av kondenserad materia
institutioner	US Naval Research Laboratory University of Pennsylvania
Doktorander	Aron Pinczuk Phillip J. Stiles

Elias Burstein (30 september 1917 – 17 juni 2017) var en amerikansk experimentell kondenserad materia- fysiker vars aktiva karriär inom vetenskapen sträckte sig över sju decennier. Han är känd för sin banbrytande grundforskning inom fasta ämnens optiska fysik; för att skriva och redigera hundratals artiklar och andra publikationer; för att sammanföra forskare från hela världen i internationella möten, konferenser och symposier; och för att utbilda och vägleda dussintals yngre fysiker.

Utbildning

Burstein tog en BA-examen i kemi från Brooklyn College (1938) och en MA-examen i kemi från University of Kansas (1941). Han tog forskarkurser i kemi och fysik vid MIT (1941–43) och i fysik vid Catholic University (1946–48). Hans doktorandstudier avbröts av kriget 1945, när han gick till jobbet vid Naval Research Laboratory i Washington, DC. Trots att han inte tog doktorsexamen fick han fyra hedersdoktorer (se Honours).

Positioner

Burstein var medlem av fysiksektionen av Crystal Branch vid US Naval Research Laboratory (1945–58), senare chef för den grenen (1948–1958), och därefter chef för Semiconductors Branch (1958).

1958 utnämndes han till professor i fysik vid University of Pennsylvania , och 1982 efterträdde han nobelpristagaren John Robert Schrieffer som Mary Amanda Wood-professor i fysik. Han gick i pension som medlem av den stående fakulteten 1988, men har förblivit aktiv som Mary Amanda Wood professor emeritus.

Han hade gästprofessurer vid University of California, Irvine (1967–68), vid Hebrew University i Israel (1974), vid University of Parma i Italien (1974); var femtioårsjubileum gästprofessor vid Chalmers tekniska högskola i Göteborg, Sverige (1981); och var Miller gästforskarprofessor vid institutionen för fysik vid University of California, Berkeley ( 1996).

Bland sina många yrkesroller var han medlem av Solid State Sciences Committee i National Research Council of National Academy of Sciences (1971–80) och fungerade som dess ordförande (1976–78). Han var medlem av Arts and Sciences Committee vid Franklin Institute från och med 1995.

Professionella prestationer

E. Burstein, 2010

Under sin karriär utbildade Burstein mer än trettiofem doktorander i fysik samt fem postdoktorala forskarassistenter. Han publicerade över 200 artiklar och har två patent för föroreningsdopade kisel- och germaniuminfraröda fotodetektorer . Han initierade och organiserade också många internationella konferenser, som samlade fysiker från hela världen för att dela resultaten av deras forskning och teoretiska arbete och för att konferera med varandra.

Han var grundare av Solid State Communications ( Pergamon Press ) och dess chefredaktör (1963–92). I den egenskapen var han avgörande för att fastställa dess redaktionella och publiceringspolicyer, inklusive att ge varje redaktör i dess internationella redaktionsstyrelse full befogenhet att acceptera eller avvisa bidrag. Han har varit medredaktör för Comments on Condensed Matter Physics (Gordon and Breach) (1971-1981), och är grundande redaktör och medredaktör tillsammans med Marvin Cohen, Douglas Mills och Phillip J. Stiles i serien av volymer Contemporary Concepts of Condensed Matter Science , utgiven av Elsevier .

Burstein tillsammans med Robert Hughes från kemiavdelningen och Robert Madden från metallurgiavdelningen (båda vid University of Pennsylvania), var de främsta upphovsmännen till förslaget att inrätta ett laboratorium för grundforskning om material vid universitetet. Detta ledde till grundandet av Laboratory for Research on the Structure of Matter (LRSM) vid University of Pennsylvania 1961.

Huvudområden för vetenskaplig forskning

Bursteins banbrytande vetenskapliga prestationer har haft en stor inverkan på förståelsen av grundläggande optiska fenomen som uppvisas av kondenserad materia . Hans tidiga arbete med diamantstrukturkristaller och med kristaller av bergsalt- och zinkblandtyp vid Naval Research Laboratory ( NRL) klargjorde deras infraröda egenskaper, och förklarade mekanismerna för andra ordningens infraröda absorption av långa våglängdsgittervibrationer i termer av elektrisk och mekanisk anharmonicitet . Hans grundläggande studier av infraröd fotokonduktivitet på grund av fotojonisering av föroreningar i kisel och germanium vid flytande heliums temperatur gav grunden för utvecklingen av föroreningsdopade kisel- och germaniuminfraröda detektorer. Den tidning från 1954 som har blivit hans mest citerade publikation förklarade en "anomal förskjutning" av den interbands optiska absorptionskanten hos InSb till högre energier som hade rapporterats av forskare vid Bell Labs . Skiftet är ett resultat av bevarandet av vågvektorn i optiska mellanbandsövergångar när Pauli-uteslutningsprincipen förbjuder övergångar till bärvågsockuperade tillstånd i lednings- eller valensbandet . I senare arbete vid NRL använde Burstein och hans medarbetare lågtemperaturabsorptionsspektra för att studera de exciterade tillstånden av grunda föroreningar i kisel och detekterade avvikelser från de befintliga teoretiska modellerna. I annat arbete undersökte de interband magneto-optiska övergångar i halvledare och formulerade teorin om fenomenet i termer av interbandsövergångar mellan Landau subband. De rapporterade också den första observationen av cyklotronresonans av elektroner i InSb vid rumstemperatur vid frekvenser i det infraröda, och förklarade detta kvantmekaniskt som motsvarande intraband optiska övergångar mellan diskreta Landau-nivåer inom valens- eller ledningsbanden.

Vid University of Pennsylvania fortsatte Burstein och hans doktorander banbrytande forskning om halvledare, isolatorer, metaller och tvådimensionella elektronplasma i halvledare, vilket bidrog till förståelsen av det optiska beteendet hos material i fast tillstånd. Burstein var en av de första som använde lasrar för att göra grundläggande forskning om halvledare och isolatorer, och han spelade en integrerad roll i att fastställa mekanismerna bakom oelastiska ljusspridningsfenomen (Raman) och villkoren för deras observation. Han och hans elever observerade att ett pålagt elektriskt fält inducerade normalt förbjuden infraröd absorption av långvågiga optiska gittervibrationer i diamantstrukturkristaller. Detta fenomen tillskrevs skapandet av ett oscillerande elektriskt moment som kopplas till den elektromagnetiska strålningen. Ytterligare arbete ledde till undersökningen av den roll som ytrumsladdnings elektriska fält och tillhörande bandböjning har för att inducera en annars förbjuden Raman-spridning genom longitudinella optiska vibrationslägen i InSb. Detta fenomen användes som en spektroskopisk sond för bandböjning vid PbTe- och SnSe -ytor och för att bestämma bandböjningens beroende av ytorientering.

₀₀ Burstein och hans medarbetare gav också en teoretisk formulering av Raman-spridning genom ytpolaritoner vid gränssnitt på halvledarytor som specificerade villkoren för att observera detta fenomen och förklarade varför bakåtspridning aldrig hade observerats; tvärsnittet för bakåtspridning är storleksordningar mindre än för spridning framåt. De mätte Raman-spridningen med de "mjuka" optiska fononerna i BaTiO ₃ , och använde mätningen av den framåtriktade Raman-spridningen av optiska gittervibrationspolaritoner för att bestämma dess lågfrekventa dielektriska konstant i vad som har kallats den första praktiska tillämpningen av polaritoner. De formulerade också två huvudmekanismer för ytförstärkt Raman-spridning (“SERS”) av molekyler adsorberade på metallytor: förstärkningen av de infallande och spridda elektromagnetiska fälten genom ytjämnhet och förekomsten av intermolekylärt adsorberad laddningsöverföring av molekyl-metallsubstrat. resonans. Den oelastiska ljusspridningen av enstaka partikelexcitationer vid en GaAs -yta observerades framgångsrikt med användning av laserfrekvenser nära E + Δ energigapet för n-GaAs. Burstein och medarbetare påpekade att tvärsnittet för ljusspridning genom excitationer av enstaka partiklar i inversionsskikt och kvantbrunnar (dvs tvådimensionella elektronsystem) hos polära halvledare är starkt förstärkt för infallande laserfrekvenser vid energigap där den direkta optiska mellanbandsövergångar involverar bärvågsockuperade tillstånd i antingen lednings- eller valensbandet. Denna insikt och ytterligare arbete ledde till deras formulering av mekanismerna bakom den oelastiska ljusspridningen av laddningsbärare i 2-dimensionella plasma, såväl som den specifika karaktären hos de kopplade LO fonon-intersubband excitationslägena för polära halvledare. Burstein och hans doktorander genomförde teoretiska och experimentella undersökningar av den olinjära optiska responsen från ädelmetallytor (trevågsblandning och andra övertonsgenerering), och tolkade den resonanta trevågsblandningen i termer av elektroniska trestegsprocesser som involverar inre yta tillstånd och ytmodifierade kontinuumtillstånd.

Under den senare delen av hans karriär upptäckte Burstein och medarbetare att fullerenmolekyler C 60 _{( "buckyballs} " ) i närheten av en slät metallyta uppvisar normalt förbjudna luminescenslägen - en singlettexcitonfluorescens och en triplettexcitonfosforescens . Den metallinducerade fluorescensen tillskrevs sänkningen av molekylernas symmetri. Den metallinducerade fosforescensen tillskrevs blandningen av singlett- och triplettexcitontillstånden för molekylerna genom spin-omloppsinteraktionen mellan molekylerna med metallatomerna, och till blandningen av singlett- och tripletttillstånden genom det virtuella hoppet av elektroner mellan de exciterade molekylerna och metallen, båda nya mekanismer för att aktivera fosforescensen hos molekyler.

Utvalda publikationer

• "Tunneling Phenomena in Solids", redigerad av E. Burstein och S. Lundqvist, (Plenum Press, New York 1969)
• Enrico Fermi Summer School Course LII om "Atomic Structure and Properties of Solids", redigerad av E. Burstein och F. Bassani (Academic Press Inc, New York, 1972)
• Proceedings of Conference on "Polaritons", redigerad av E. Burstein och F. De Martini, (Pergamon Press, New York 1974).
• Inelastic Light Scattering: Proceedings of the 1979 US-Japan Seminar som hölls i Santa Monica California, 1979, redigerad av E. Burstein och H. Kawamura. (Pergamon Press, New York, 1980)
• "Confined Electrons and Photons: New Physics and Applications," The Volume of Lectures of NATO Advanced Summer School, Erice, Italien, redigerad av E. Burstein och C. Weisbuch (Plenum Press, London 1995).

Högsta betyg

Burstein fick ett antal utmärkelser, inklusive:

• Brooklyn College Chemistry Department guldmedalj (1938) för "enastående rekord som student i kemi."
• Årlig utmärkelse av Washington Academy of Sciences (1957) "som ett erkännande för hans framstående studie av föroreningsnivåer och effektiv massa i halvledare" (tilldelas personer under 40 år).
• Alumni Award of Honor vid Brooklyn College (1960) "för stora experimentella prestationer som en solid state-fysiker."
• Val till National Academy of Sciences (1979) "som ett erkännande för enastående bidrag inom den kondenserade materiens fysik och i synnerhet hans banbrytande studier av optiska egenskaper hos halvledare."
• John Price Wetherill-medaljen från Franklin Institute (1979) "som ett erkännande av de enastående bidragen till vetenskapen om optiska egenskaper hos fasta ämnen och dess tillämpning på fotokonduktiv teknologi"
• Guggenheim Foundation Fellowship (1980)
• Frank Isakson-priset från American Physical Society (1986) "för hans banbrytande arbete med de optiska egenskaperna hos halvledare och isolatorer, särskilt yttre fotokonduktivitet, den anomala bandkantens optiska absorptionsförskjutning (Burstein shift), magneto-optiska effekter i halvledare, och infraröda och Raman-processer"
• Von Humboldt US Senior Scientist Award (1988–90,1991–92)
• Teknisk hedersdoktor vid Chalmers tekniska högskola i Göteborg (1981)
• Honorary Doctor of Science grader från Brooklyn College, New York (1985), från Emory University , Atlanta GA (1994) och Ohio State University , Columbus OH (1999)
• Fellow i American Physical Society (1965), i Optical Society of America (1965) och i American Association for the Advancement of Science (2002)

Personlig

Burstein föddes 30 september 1917 i Brooklyn, New York, av ryskfödda judiska föräldrar Samuel Burstein (1890-1950) och Sara Plotkin (1896-1985). Han gifte sig med Rena Ruth Benson den 19 september 1943. Han är far till tre döttrar (Joanna, Sandra och Miriam) och har två barnbarn.

Burstein dog den 17 juni 2017 i Bryn Mawr , Pennsylvania , vid 99 års ålder.

externa länkar

• James M. Kikkawa, Eugene Mele, Aron Pinczuk, Erio Tosatti och Arjun G. Yodh, "Elias Burstein", Biografiska memoarer från National Academy of Sciences (2019)