Elias "Eli" Burstein (30 de septiembre de 1917 - 17 de junio de 2017) fue un físico estadounidense de materia condensada experimental cuya carrera activa en la ciencia abarcó siete décadas. [1] Es conocido por su investigación fundamental pionera en la física óptica de sólidos; para escribir y editar cientos de artículos y otras publicaciones; por reunir a científicos de todo el mundo en reuniones, conferencias y simposios internacionales; y para capacitar y orientar a decenas de físicos más jóvenes. [2]
Educación
Burstein obtuvo una licenciatura en química de Brooklyn College (1938) y una maestría en química de la Universidad de Kansas (1941). Realizó cursos de posgrado en química y física en el MIT (1941-1943) y en física en la Universidad Católica (1946-1948). Sus estudios de doctorado se vieron interrumpidos por la guerra de 1945, cuando entró a trabajar en el Laboratorio de Investigación Naval en Washington, DC. Aunque no obtuvo un doctorado, recibió cuatro doctorados honorarios (ver Honores).
Posiciones
Burstein fue miembro de la Sección de Física de la Rama Cristal en el Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos (1945–58), más tarde jefe de esa rama (1948-1958), y luego jefe de la Rama de Semiconductores (1958).
En 1958 fue nombrado profesor de física en la Universidad de Pensilvania y en 1982 sucedió al premio Nobel John Robert Schrieffer como profesor de física Mary Amanda Wood. Se retiró como miembro de la facultad permanente en 1988, pero se ha mantenido activo como profesora emérita Mary Amanda Wood.
Ocupó cátedras visitantes en la Universidad de California, Irvine (1967–68), en la Universidad Hebrea de Israel (1974), en la Universidad de Parma en Italia (1974); fue profesor invitado del jubileo del cincuentenario en la Universidad Tecnológica de Chalmers en Gotemburgo, Suecia (1981); y fue profesor de investigación visitante Miller en el Departamento de Física de la Universidad de California, Berkeley (1996).
Entre sus numerosas funciones profesionales, fue miembro del Comité de Ciencias del Estado Sólido del Consejo Nacional de Investigación de la Academia Nacional de Ciencias (1971-1980) y fue su presidente (1976-1978). Fue miembro del Comité de Artes y Ciencias del Instituto Franklin a partir de 1995.
Logros profesionales
Durante su carrera, Burstein formó a más de treinta y cinco estudiantes de doctorado en física, así como a cinco asociados de investigación postdoctorales. Publicó más de 200 artículos y tiene dos patentes para fotodetectores infrarrojos de germanio y silicio dopado con impurezas . [3] También inició y organizó muchas conferencias internacionales, reuniendo a físicos de todo el mundo para compartir los resultados de su investigación y trabajo teórico, y para dialogar entre ellos.
Fue el editor fundador de Solid State Communications ( Pergamon Press ) y su editor en jefe (1963–92). En esa capacidad, jugó un papel decisivo en el establecimiento de sus políticas editoriales y de publicación, incluida la concesión a cada editor de su Junta Internacional de Editores de plena autoridad para aceptar o rechazar contribuciones. Ha sido coeditor de Comments on Condensed Matter Physics (Gordon y Breach) (1971-1981), y es editor fundador y coeditor con Marvin Cohen, Douglas Mills y Phillip J. Stiles de la serie de volúmenes Contemporary Concepts. of Condensed Matter Science , [4] publicado por Elsevier .
Burstein, junto con Robert Hughes del Departamento de Química y Robert Madden del Departamento de Metalurgia (ambos en la Universidad de Pensilvania), fueron los principales creadores de la propuesta de establecer un laboratorio para la investigación fundamental de materiales en la universidad. Esto llevó a la fundación del Laboratorio de Investigación sobre la Estructura de la Materia (LRSM) [5] en la Universidad de Pensilvania en 1961.
Principales áreas de investigación científica
Los logros científicos pioneros de Burstein han tenido un gran impacto en la comprensión de los fenómenos ópticos fundamentales que exhibe la materia condensada . Su trabajo inicial con cristales de estructura de diamante y con cristales de sal de roca y de tipo zincblenda en el Laboratorio de Investigación Naval (NRL) dilucidó sus propiedades infrarrojas, explicando los mecanismos de absorción infrarroja de segundo orden por vibraciones de celosía de longitud de onda larga en términos de anarmonicidad eléctrica y mecánica. . [6] [7] Sus estudios fundamentales de fotoconductividad infrarroja debido a la fotoionización de impurezas en silicio y germanio a temperatura de helio líquido [8] [9] proporcionaron la base para el desarrollo de detectores infrarrojos de germanio y silicio dopado con impurezas . [3] El artículo de 1954 que se ha convertido en su publicación más citada [10] explica un "cambio anómalo" del borde de absorción óptica entre bandas de InSb a energías más altas que habían sido reportadas por investigadores de Bell Labs . [11] El cambio resulta de la conservación del vector de onda en las transiciones ópticas entre bandas cuando el principio de exclusión de Pauli prohíbe las transiciones a estados ocupados por portadora en la banda de conducción o de valencia . En un trabajo posterior en NRL, Burstein y sus colaboradores utilizaron espectros de absorción de baja temperatura para estudiar los estados excitados de impurezas superficiales en el silicio y detectaron desviaciones de los modelos teóricos existentes. [12] [13] En otro trabajo, investigaron las transiciones magnetoópticas entre bandas en semiconductores , [14] [15] y formularon la teoría del fenómeno en términos de transiciones entre bandas entre subbandas de Landau. También informaron la primera observación de resonancia ciclotrónica de electrones en InSb a temperatura ambiente en frecuencias en el infrarrojo, [16] y explicaron mecánicamente este cuántico como correspondiente a transiciones ópticas intrabanda entre niveles de Landau discretos dentro de las bandas de valencia o conducción. [17]
En la Universidad de Pensilvania, Burstein y sus estudiantes de posgrado continuaron con una investigación innovadora sobre semiconductores, aislantes, metales y plasmas de electrones bidimensionales en semiconductores, lo que contribuyó a la comprensión del comportamiento óptico de los materiales en estado sólido. Burstein fue uno de los primeros en utilizar láseres para realizar investigaciones fundamentales sobre semiconductores y aislantes, y desempeñó un papel integral en la determinación de los mecanismos subyacentes a los fenómenos de dispersión de luz inelástica ( Raman ) y las condiciones para su observación. Él y sus estudiantes observaron que un campo eléctrico aplicado inducía la absorción infrarroja normalmente prohibida por vibraciones de celosía óptica de longitud de onda larga en cristales con estructura de diamante. [18] [19] [20] Este fenómeno se atribuyó a la creación de un momento eléctrico oscilante que se acopla a la radiación electromagnética . El trabajo adicional condujo a la investigación del papel de los campos eléctricos de carga espacial de superficie y la flexión de banda asociada en la inducción de una dispersión Raman prohibida por modos de vibración óptica longitudinal en InSb. [21] [22] [23] Este fenómeno se utilizó como una sonda espectroscópica de flexión de banda en superficies de PbTe y SnSe y para determinar la dependencia de la flexión de banda en la orientación de la superficie. [24] [25]
Burstein y sus colaboradores también dieron una formulación teórica de la dispersión Raman por polaritones superficiales en interfaces en superficies semiconductoras que especificaron las condiciones para observar ese fenómeno y explicaron por qué nunca se había observado dispersión hacia atrás; la sección transversal de la dispersión hacia atrás es órdenes de magnitud menor que la de la dispersión hacia adelante. [26] Midieron la dispersión Raman por los fonones ópticos "suaves" en BaTiO 3 , y utilizaron la medición de la dispersión Raman directa por polaritones de vibración de celosía óptica para determinar su constante dieléctrica de baja frecuencia [27] en lo que se ha llamado la primera práctica aplicación de polaritones. [2] También formularon dos mecanismos principales para la dispersión Raman mejorada en la superficie ("SERS") por moléculas adsorbidas en superficies metálicas: la mejora de los campos electromagnéticos incidentes y dispersos por la rugosidad de la superficie, y la aparición de sustrato metálico-molécula adsorbido intermolecular. resonancia de transferencia de carga. [28] [29] La dispersión de luz inelástica por excitaciones de partículas individuales en una superficie de GaAs se observó con éxito utilizando frecuencias de láser cerca de la brecha de energía E 0 + Δ 0 de n-GaAs. [30] Burstein y sus colaboradores señalaron que la sección transversal para la dispersión de luz por excitaciones de partículas individuales en capas de inversión y pozos cuánticos (es decir, sistemas de electrones bidimensionales) de semiconductores polares está fuertemente mejorada para frecuencias de láser incidentes en brechas de energía donde las transiciones ópticas directas entre bandas implican estados ocupados por portadora en la banda de conducción o de valencia. [31] [32] [33] Este conocimiento y el trabajo posterior condujeron a la formulación de los mecanismos subyacentes a la dispersión de luz inelástica por portadores de carga en plasmas bidimensionales, así como la naturaleza específica de los modos de excitación de fonones inter-subbanda acoplados. de semiconductores polares. Burstein y sus estudiantes de posgrado llevaron a cabo investigaciones teóricas y experimentales de la respuesta óptica no lineal de superficies de metales nobles (mezcla de tres ondas y segunda generación de armónicos), interpretando la mezcla de tres ondas resonantes en términos de procesos electrónicos de tres pasos que involucran superficies intrínsecas. estados y estados continuos de superficie modificada. [34]
En la última parte de su carrera, Burstein y colaboradores descubrieron que las moléculas de fullereno C 60 ("buckyballs") en las proximidades de una superficie metálica lisa exhiben modos de luminiscencia normalmente prohibidos: una fluorescencia de excitón singlete y una fosforescencia de excitón triplete . La fluorescencia inducida por metales se atribuyó a la disminución de la simetría de las moléculas. La fosforescencia inducida por metales se atribuyó a la mezcla de los estados de excitón singlete y triplete de las moléculas mediante la interacción espín-órbita de las moléculas con los átomos del metal, y a la mezcla de los estados singlete y triplete mediante el salto virtual de electrones. entre las moléculas excitadas y el metal, ambos nuevos mecanismos para activar la fosforescencia de moléculas. [35] [36]
Publicaciones Seleccionadas
- "Tunneling Phenomena in Solids", editado por E. Burstein y S. Lundqvist, (Plenum Press, Nueva York 1969)
- Enrico Fermi Summer School Course LII sobre “Estructura atómica y propiedades de los sólidos”, editado por E. Burstein y F. Bassani (Academic Press Inc, Nueva York, 1972)
- Actas de la conferencia sobre "Polaritons", editado por E. Burstein y F. De Martini, (Pergamon Press, Nueva York 1974).
- Dispersión de luz inelástica: Actas del seminario de Estados Unidos y Japón de 1979 celebrado en Santa Mónica, California, 1979, editado por E. Burstein y H. Kawamura. (Pergamon Press, Nueva York, 1980)
- "Electrones y fotones confinados: nueva física y aplicaciones", Volumen de conferencias de la Escuela de verano avanzada de la OTAN, Erice, Italia, editado por E. Burstein y C. Weisbuch (Plenum Press, Londres 1995).
Honores
Burstein recibió varios honores, que incluyen:
- Medalla de oro del Departamento de Química de Brooklyn College (1938) por "récord sobresaliente como estudiante de licenciatura en química".
- Premio Anual de la Academia de Ciencias de Washington (1957) [37] "en reconocimiento a su distinguido estudio de niveles de impurezas y masa efectiva en semiconductores" (otorgado a personas menores de 40 años).
- Alumni Award of Honor of Brooklyn College (1960) "por importantes logros experimentales como físico de estado sólido".
- Elección a la Academia Nacional de Ciencias (1979) [38] "en reconocimiento a las contribuciones destacadas en la física de la materia condensada y, en particular, a sus estudios pioneros de las propiedades ópticas de los semiconductores".
- La medalla John Price Wetherill del Franklin Institute (1979) "en reconocimiento a las destacadas contribuciones a la ciencia de las propiedades ópticas de los sólidos y su aplicación a la tecnología fotoconductora"
- Beca de la Fundación Guggenheim (1980) [39]
- El Premio Frank Isakson de la Sociedad Estadounidense de Física (1986) "por su trabajo pionero sobre las propiedades ópticas de los semiconductores y aislantes, en particular la fotoconductividad extrínseca, el cambio de absorción óptica anómalo en el borde de la banda (cambio de Burstein), los efectos magnetoópticos en semiconductores, y procesos infrarrojos y Raman " [40]
- Premio Von Humboldt al Científico Senior de EE. UU. (1988–90,1991–92)
- Doctorado honorario en tecnología de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Gotemburgo, Suecia (1981) [41]
- Doctorado honorario en ciencias del Brooklyn College, Nueva York (1985), [42] de la Universidad de Emory , Atlanta GA (1994), [43] y la Universidad Estatal de Ohio , Columbus OH (1999) [44]
- Miembro de la American Physical Society (1965), [45] de la Optical Society of America (1965) y de la American Association for the Advancement of Science (2002) [46]
Personal
Burstein nació el 30 de septiembre de 1917 en Brooklyn, Nueva York, de padres nacidos en Rusia, Samuel Burstein (1890-1950) y Sara Plotkin (1896-1985). Se casó con Rena Ruth Benson el 19 de septiembre de 1943. Es padre de tres hijas (Joanna, Sandra y Miriam) y tiene dos nietos.
Burstein murió el 17 de junio de 2017 en Bryn Mawr , Pensilvania , a la edad de 99 años [47].
Referencias
- ^ "Elias Burstein" . ACAP. Archivado desde el original el 4 de marzo de 2016 . Consultado el 22 de noviembre de 2015 .
- ^ a b "Un tributo a Elias Burstein". Gerald Burns, Solid State Communications volumen 58, no. 1, págs. Ix-x. (Abril de 1986)
- ^ a b https://www.google.com/patents/US2671154
- ^ "Serie Conceptos contemporáneos de ciencia de la materia condensada" .
- ^ "El Laboratorio de Investigaciones sobre la Estructura de la Materia" .
- ^ "Las propiedades infrarrojas del diamante, el silicio y el germanio", E. Burstein y JJ Oberly, Phys. Rev. 78 , 642 (1950).
- ^ Absorción de celosía infrarroja en cristales iónicos y homopolares, ”Melvin Lax y Elias Burstein, Physical Review vol 97 no 1, 39 (1955)
- ^ "Fotoconductividad infrarroja debido a impurezas neutrales en el silicio", E. Burstein, JJ Oberly y JW Davisson, Phys. Rev. 89 , 331 (1953).
- ^ "Fotoconductividad infrarroja debido a impurezas neutrales en germanio", E. Burstein, JW Davisson, EE Bell, WJ Turner y HG Lipson, Phys. Rev. 93 , 65 (1954).
- ^ "Límite de absorción óptica anómalo en InSb", E. Burstein, Phys. Rev. 93 , 632 (1954).
- ^ "Propiedades ópticas del antimonuro de indio". Physical Review, vol. 91, n. ° 6, 1561. Tannenbaum, M; Briggs, HB (1953).
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- ^ "Espectros de absorción de impurezas en silicio-II. Donantes del grupo V", GS Picus, E. Burstein y B. Henvis, Revista de física y química de sólidos 10, 75 (1956).
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- ^ Dispersión Raman "gigante" por moléculas adsorbidas en superficies metálicas ”, Burstein, YJ Chen, CY Chen, S. Lundqvist y E. Tosatti, Solid State Communications 29, 567 (1979).
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- ^ "La dependencia de la fotoluminiscencia prohibida de la simetría (espín) de las moléculas C60 en su proximidad a los metales", Igor Yurchenko, Elias Burstein, Zoya Kazantseva, William Romanow y Larry Brard, Ultramicroscopy 61, 259 (1995)
- ^ "Fosforescencia inducida por proximidad de metal de moléculas C60", Igor Yurchenko, E. Burstein, Dung-Hai Lee y V, Krotov, Proc. SPIE 3359, Diagnóstico óptico de materiales y dispositivos para electrónica óptica, micro y cuántica 1997, 202 (20 de abril de 1998).
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- ^ "Grados honorarios del Instituto Tecnológico de Chalmers" .
- ^ "Doctorado honorario de Brooklyn College" .
- ^ "Doctorado honorario de la Universidad de Emory" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 15 de septiembre de 2015.
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- ^ "Obituario de Elias Burstein" . Legacy.com. 20 de junio de 2017 . Consultado el 20 de junio de 2016 .