Ernst G. Bauer (nacido en 1928) es un físico germano-estadounidense conocido por sus estudios en el campo de la ciencia de superficies. Sus contribuciones más destacadas son su trabajo en el establecimiento de mecanismos de nucleación y crecimiento de películas delgadas y su invención en 1962 de la Microscopía Electrónica de Baja Energía (LEEM), que se materializó en 1985 en el grupo de trabajo de Ernst Bauer en Alemania. A principios de los años 90, extendió la técnica LEEM en dos direcciones mediante el desarrollo de la microscopía electrónica de baja energía con spin polarizado (SPLEEM) y la fotoemisión espectroscópica y la microscopía electrónica de baja energía (SPELEEM). Actualmente es profesor emérito de investigación distinguido en la Universidad Estatal de Arizona .
Biografía
Ernst Bauer estudió en la Universität München, Alemania, donde obtuvo su maestría MS (1953) y Doctorado en Filosofía y Doctorado (1955) en Física. En 1958 se trasladó al Laboratorio Michelson en China Lake, California, donde se convirtió en Jefe de la Rama de Física de Cristal y ciudadano estadounidense. Asumió el cargo de Profesor y Director del Instituto de Física de la Universidad Técnica de Clausthal, Alemania, en 1969. Fue nombrado Profesor de Investigación Distinguido en 1991 en la Universidad Estatal de Arizona. Continuó su actividad investigadora en Alemania hasta 1996. Desde 1996 trabajó a tiempo completo en la Universidad Estatal de Arizona, y desde 2010 es Profesor de Investigación Distinguido Emérito trabajando a tiempo parcial en ASU.
Superficies y películas delgadas
Ernst Bauer ha contribuido al campo de la epitaxia y el crecimiento cinematográfico desde mediados de la década de 1950. Inició su carrera científica en Munich con el estudio del crecimiento y estructura de capas antirreflectantes con microscopía electrónica y difracción electrónica. Su tesis doctoral se centró en la estructura y el crecimiento de capas delgadas evaporadas de materiales iónicos y fue el primer estudio extenso y sistemático del crecimiento epitaxial y de orientación de fibras que combina microscopía electrónica y difracción electrónica. Este trabajo experimental estimuló una contribución básica a la teoría de la epitaxia. Derivó en 1958 una clasificación de los modos básicos de crecimiento de película delgada , que llamó Frank-van der Merwe (crecimiento capa por capa) , Volmer-Weber (crecimiento insular) y crecimiento Stranski-Krastanov (crecimiento capa + isla) . Su criterio termodinámico y su terminología se utilizan en todo el mundo en la actualidad. Ese mismo año apareció el libro de Ernst Bauer sobre "Difracción de electrones: teoría, práctica y aplicación".
Poco después de su llegada al Laboratorio Michelson en California, nació la ciencia de la superficie. Participó desde el principio para comprender los fenómenos de las películas delgadas. En este período inició estudios in situ de crecimiento de películas delgadas mediante microscopía electrónica convencional , difracción de electrones de reflexión UHV de ultra alto vacío , difracción de electrones de baja energía LEED y espectroscopía de electrones Auger . La importancia de la adsorción en el crecimiento inicial de películas delgadas lo llevó también a realizar estudios de adsorción .
Ernst Bauer ya se dio cuenta en 1961 de que la microscopía electrónica que utiliza los electrones difractados para obtener imágenes sería extremadamente importante para el futuro de la ciencia de la superficie. La invención en 1962 del Microscopio Electrónico de Baja Energía (LEEM) fue estimulada por una disputa científica con Lester Germer sobre su interpretación de los patrones de difracción de electrones de baja energía (LEED) en 1960. Como en todos los estudios LEED anteriores, Germer había asumido que los patrones LEED pueden ser interpretado por dispersión simple. Ernst Bauer corrigió esto interpretando estas observaciones mediante doble dispersión. Construyó el primer instrumento LEEM y lo informó en el Quinto Congreso Internacional de Microscopía Electrónica en 1962 . En la década de 1960 desarrolló también los antecedentes teóricos necesarios para la comprensión de LEEM.
Después de trasladarse a la Universidad Técnica de Clausthal (Alemania) en 1969, Ernst Bauer creó un grupo de ciencia de superficies de amplia base que abarcaba una gran variedad de técnicas de haz de electrones e iones, así como métodos ópticos. Se desarrolló el análisis cuantitativo de espectroscopia de desorción térmica (TDS o TPD), un método que ahora se utiliza ampliamente, en particular en la química de superficies. Las mediciones de la función de trabajo se desarrollaron y utilizaron para la determinación de las propiedades termodinámicas de sistemas bidimensionales con interacciones laterales atractivas. Para el estudio de sistemas bidimensionales con interacciones repulsivas u oscilatorias, su grupo desarrolló la difractometría LEED . Desarrolló la desorción estimulada por electrones (ESD) y SIMS estático para el estudio de capas adsorbidas y películas ultrafinas en superficies monocristalinas; dispersión de iones alcalinos (ISS) para el análisis estructural de superficies; microscopía iónica de campo (FIM) de átomos individuales y agrupaciones; Estudios UHV-SEM de fusión superficial.
Ernst Bauer tiene contribuciones pioneras a la mayoría de los aspectos de la ciencia de superficies desde sus inicios .
Microscopía electrónica de superficie con electrones de baja energía (LEEM, SPLEEM, SPELEEM, PEEM, etc.)
Se ha logrado una comprensión considerable de las superficies y películas delgadas mediante técnicas de medición de promedios laterales, pero se ha hecho evidente que muchos problemas solo pueden resolverse mediante métodos de resolución lateral (microscopía de superficie).
Ernst Bauer inventó la microscopía electrónica de baja energía (LEEM) ya en 1962, pero tuvo que superar el intenso escepticismo de los científicos y también muchos obstáculos científicos y de financiación antes de que finalmente LEEM llegara a buen término en 1985 . Su trabajo llamó la atención de una comunidad científica general mucho más amplia en los años ochenta, cuando el LEEM maduro comenzó a producir las impresionantes grabaciones de imágenes dinámicas de alta resolución en tiempo real de procesos atómicos como la nucleación y el crecimiento de cristales, la sublimación, la fase. transiciones y epitaxia en superficies. Las altas intensidades de señal disponibles en LEEM (en comparación con las imágenes de rayos X) permitieron observar la estructura de la superficie y los procesos dinámicos en el espacio real y en tiempo real a temperaturas de muestra de hasta 1500 K con resolución lateral de 10 nm y resolución de profundidad atómica.
Desde 1985, en el grupo de Ernst Bauer se realizaron muchos experimentos con microscopía electrónica de superficie con electrones de baja energía. Los resultados científicos de sus estudios se publican en 212 artículos (57 de ellos artículos de revisión).
A fines de la década de 1980, principios de la de 1990, Ernst Bauer extendió la técnica LEEM en dos direcciones importantes mediante el desarrollo de la microscopía electrónica de baja energía polarizada por espín (SPLEEM) y la microscopía electrónica de fotoemisión espectroscópica y de baja energía (SPELEEM) . La combinación de estos métodos permite ahora una caracterización completa (estructural, química, magnética y electrónica) de superficies y películas delgadas en la escala de 10 nm.
En la actualidad, más de 60 instrumentos LEEM están instalados y funcionando en muchos laboratorios e instalaciones de radiación sincrotrón en todo el mundo (EE. UU., Europa y Asia). Un reconocimiento importante a los esfuerzos de Ernst Bauer en el campo de la microscopía de superficie es el creciente número de científicos involucrados en la investigación LEEM, que se refleja en la organización de talleres semestrales LEEM / PEEM, el primero de los cuales fue organizado por Ernst Bauer y Anastassia Pavlovska en Arizona en 1998. El próximo taller número once LEEM / PEEM11 se llevará a cabo en 2018 en China.
El alto brillo de las fuentes de radiación de sincrotrón de tercera generación ha abierto la puerta a la obtención de imágenes de superficies químicas y magnéticas con resoluciones en el rango de 10 nm. Después de la fuente de luz de radiación de sincrotrón ELETTRA en Trieste, otras ocho fuentes de radiación de sincrotrón: SLS en Suiza, Spring-8 en Japón, Diamond en Gran Bretaña, Maxlab en Suecia, ALBA en España, BNL en EE. UU., SSRF en China, Synchrotron Tailandia. también equipado con instrumentos SPELEEM.
El éxito de los desarrollos de instrumentos en el grupo de Bauer en la Universidad Técnica de Clausthal ha llevado a la producción comercial de estos instrumentos y ha estimulado a varios otros grupos a desarrollar instrumentos similares para imágenes de superficie con electrones de baja energía, dando como resultado una variedad de instrumentos comerciales. Así, el grupo de Ernst Bauer en Clausthal se ha convertido en la cuna de la microscopía electrónica de superficie moderna con electrones de baja energía. La microscopía electrónica de superficie que utiliza electrones de baja energía comenzó con la invención de LEEM. Hoy en día existen cientos de las distintas versiones de estos instrumentos en el mundo y se siguen desarrollando, ampliando continuamente su rango de aplicación.
El trabajo de Ernst Bauer impacta directa o indirectamente en muchas áreas de la ciencia moderna de los materiales: superficies, películas delgadas, materiales electrónicos, catálisis e instrumentación. La invención y el desarrollo de la microscopía de superficie con electrones de baja energía ha revolucionado el estudio de la ciencia de la superficie y la ciencia de la película delgada.
Ernst Bauer es autor o coautor de más de 460 publicaciones (entre ellas 88 artículos de revisión y capítulos de libros) y dos libros: "Electron Diffraction: Theory, Practice and Applications", 1958 (en alemán) y "Surface Microscopy with Low Energy Electrons ”, 2014.
Las contribuciones a la sociedad
Por transferencia de conocimiento : lo típico de Ernst Bauer es que tuvo una cooperación científica internacional de larga data en toda su carrera. Bauer tuvo científicos visitantes de EE. UU., India, Japón, China, Grecia, Sudáfrica, Canadá, Suecia, Corea, Holanda, etc. (82 visitantes en total). Actualmente, Ernst Bauer tiene intensas colaboraciones internacionales con Japón, Polonia, Italia, Alemania y Hong Kong.
Charlas coloquim / seminario y por la docencia en escuelas y cursos de verano internacionales ( 137 charlas desde 1997 hasta 2017).
Supervisor de 22 Tesis Doctorales y 16 Tesis de Maestría en la Universidad Técnica de Clausthal (Alemania) y en la Universidad Estatal de Arizona (EE. UU.).
Un reconocimiento importante a los esfuerzos de Ernst Bauer en el campo de la microscopía de superficie es el creciente número de científicos involucrados en la investigación LEEM, que se refleja en la organización de talleres semestrales LEEM / PEEM , el primero de los cuales fue organizado por Ernst Bauer y Anastassia Pavlovska en Arizona en 1998. Al iniciar estas conferencias, Ernst Bauer logró el intercambio de conocimientos dentro de la comunidad LEEM, que ya es muy grande. Diez de estas conferencias ya se celebraron con mucho éxito.
Ernst Bauer contribuyó al desarrollo sostenible de la sociedad por iniciativa del programa de energía solar de la Universidad Estatal de Arizona. Inició con éxito en 2006 los esfuerzos de energía solar de la Universidad Estatal de Arizona, que ya se materializaron en 2008 y se expandieron enormemente hasta 2014. En marzo de 2014, ASU era la principal institución de educación superior en los Estados Unidos en capacidad de generación solar.
Premios
- Premio Gaede de la Sociedad Alemana de Vacío (1988) - "Por la invención del microscopio electrónico de baja energía"
- Miembro electo de la Academia de Ciencias de Göttingen, Alemania (1989)
- Miembro de la Sociedad Estadounidense de Física (1991)
- Premio Medard W. Welch de la American Vacuum Society (1992) - "Por sus contribuciones a la comprensión fundamental de la nucleación y el crecimiento de películas delgadas y por su invención, desarrollo y uso de múltiples técnicas de caracterización de superficies para estudiar esas películas delgadas"
- Niedersachsenpreis for Science (1994) - "Por el desarrollo de LEEM y por su investigación en películas delgadas"
- Miembro de la American Vacuum Society (1994)
- Premio del Comité 141 de Análisis de Microhaces de la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia (2003) - "Por una investigación destacada sobre análisis de microhaces y contribuciones al Comité JSPS 141"
- Premio BESSY a la Innovación en Radiación Sincrotrón (2004) - "Excelentes contribuciones al desarrollo del microscopio de emisión de fotoelectrones (PEEM) como sistema de detección de energía, espacio y tiempo resuelto de fotoelectrones".
- Premio Davisson-Germer de la American Physical Society (2005) - "Por sus contribuciones a la ciencia de la nucleación y el crecimiento de películas delgadas, y por la invención de la microscopía electrónica de baja energía"
- Premio de Investigación Humboldt (2008) - "Por sus excelentes logros en física del estado sólido"
- Doctor Honoris Causa, Universidad Maria Sklodowska-Curie, Lublin, Polonia (2008)
- Miembro de la Elettra Sincrotrone Trieste, Italia (2013) - "El profesor Ernst Bauer es un distinguido físico y científico de superficies que ha realizado contribuciones fundamentales a la comprensión de los mecanismos de crecimiento epitaxial y al desarrollo de técnicas de microscopía"
- Doctor Honoris Causa, Universidad de Wroclaw, Wroclaw, Polonia (2014)
- Miembro Internacional de la Sociedad Japonesa de Física Aplicada (2015) - "Reconocimiento a investigadores extranjeros que han hecho contribuciones notables al progreso de la física aplicada a través de las actividades internacionales relacionadas con JSAP"
- Profesor honorario de la Universidad de Chongqing, China (2015) - "Por logros académicos sobresalientes"
Referencias seleccionadas
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