| David Cockane | |
|---|---|
| Syntymäaika | 19. maaliskuuta 1942 |
| Syntymäpaikka | |
| Kuolinpäivämäärä | 22. joulukuuta 2010 [1] (68-vuotias) |
| Kuoleman paikka | |
| Maa | |
| Tieteellinen ala | Materiaalitieteen |
| Työpaikka | |
| Palkinnot ja palkinnot | Lontoon Royal Societyn jäsen Harry Massey -mitali ja -palkinto [d] ( 2008 ) fysiikan instituutin jäsen [d] |
David John Hugh Cockayne ( 19. maaliskuuta 1942 – 22. joulukuuta 2010) oli englantilainen ja australialainen fyysikko . Lontoon Royal Societyn jäsen vuodesta 1999. Cockaynen tärkein panos tieteeseen on pimeän kentän (heikko säde) transmissioelektronimikroskoopin ( TEM ) menetelmän kehittäminen ja elektronimikroskoopissa tarkan elektronidiffraktiomenetelmän kehittäminen. Hän oli Sydneyn yliopiston elektronimikroskopiayksikön johtaja (1974-1999) ja osallistui merkittävästi sen kehittämiseen. Hän oli International Federation of Societies for Electron Microscopy puheenjohtaja vuosina 2003–2007 [3] .
David John Hugh Cokayne syntyi 19. maaliskuuta 1942 Lontoossa . Hän oli John Henry Cokaynen ja Evie Cokaynen (syntynyt Hatton) keskimmäinen lapsi. Hänen isänsä oli poliisi Lontoossa toisen maailmansodan aikana , äiti työskenteli postissa. Kun David oli 8-vuotias, hänen perheensä muutti Australiaan ja asettui Geelongiin, Victoriaan. Cokayne opiskeli hyvin koulussa, joten vuonna 1953 hän ilmoittautui Geelongin anglikaanisen kirkon lukioon stipendin perusteella.
Vuonna 1961 Cokayne tuli Melbournen yliopistoon , jossa hän opiskeli fysiikkaa ja valmistui arvosanoin vuonna 1964. Hän oli ensimmäinen tutkinnon suorittanut perheensä jäsen. Neljäntenä opiskeluvuotensa Cokayne osallistui J. Cowleyn elektronidiffraktiokurssille ja aloitti maisteriohjelman jälkeen työskennellä tieteellisessä ryhmässä, joka tutkii diffraktioilmiöitä. Cokayne suoritti maisterintutkinnon Melbournen yliopistosta kunniamaininnalla ja sai Professor Kernot Competitive Fellowshipin opinnäytetyöstään. Hänelle myönnettiin myös Commonwealth Fellowship tohtoriksi Magdalen Collegesta Oxfordista .
Syyskuussa 1966 Cokaynesta tuli jatko-opiskelija metallurgian laitoksella Oxfordissa ja hän liittyi tohtori M. J. Whelanin johtamaan tutkimusryhmään, jossa hän tutki elektronimikroskoopin kuvia kidehilojen vioista.
Kesäkuussa 1974 32-vuotiaana Cokayne siirtyi Sydneyn yliopiston elektronimikroskopian osaston johtajaksi. Hänelle myönnettiin myös apulaisprofessorin arvo. Vuonna 1986 Cokayne ylennettiin erinomaisesta palveluksestaan divisioonan johtamisessa professoriksi ja sitten vuonna 1992 emeritusprofessoriksi (elektronimikroskoopin ja mikroanalyysin fysikaalisten tieteiden professori). Lisäksi 1990-luvulla Cokayne nimitettiin useisiin yliopistokomiteoihin. Erityisesti vuonna 1990 hän liittyi Sydneyn yliopiston tutkimuskomiteaan. Hänestä tuli sen puheenjohtaja vuonna 1994, ja hän toimi tässä tehtävässä Oxfordiin lähtöänsä saakka vuonna 2000, jossa hänestä tuli materiaalitieteen laitoksen fysikaalisten materiaalien tutkimuksen menetelmien professori ja hän jatkoi myös tutkimustaan. Syyskuussa 2009 Cokayne erosi. Hänen tehtävistään eroamiselle omistettiin konferenssi, johon osallistui noin sata delegaattia, joista monet tulivat ulkomailta (ks. Hirsch ym. 2010). Cockayne kuoli vuonna 2010 keuhkosyöpään.
Ilmoittauduttuaan maisteriohjelmaan Cokayne liittyi diffraktioilmiöiden tutkimukseen osallistuvaan tieteelliseen ryhmään ja osallistui elektronidiffraktion monikerrosteorian parantamiseen ja tämän teorian mukaisten kokeiden suorittamiseen tarvittavien laitteiden optimointiin [4] .
Cokayne kuvasi diplomityössään "Elektronidiffraktio-ongelman monisäderatkaisun numeeriset laskelmat ja niiden kokeellinen verifiointi diffraktiolla suppenevissa säteissä" [5] . ja johtivat tietokonelaskelmille sopivaan muotoon ja osoittivat myös niiden suuren tarkkuuden ja hyvän sopivuuden kokeen kanssa; arvioi useiden yleisesti käytettyjen approksimaatioiden tarkkuuden ja soveltuvuuden, kuten "vaihehilalikiarvon"; Tarkastellaan etenemiskerrointa monitiedynaamisessa teoriassa.
Oxfordissa Cokayne alkoi kehittää menetelmiä voimakkaiden muodonmuutosten tutkimiseksi lähellä dislokaatiokeskuksia, koska silloin olemassa olleet eivät mahdollistaneet vastausta joihinkin kysymyksiin, erityisesti dislokaatioytimen luonteeseen ja dissosiaatiosta muodostuneiden osittaisten dislokaatioiden erottamiseen.
Kun Cokayne aloitti työnsä, muut tutkijat olivat jo saaneet korkealaatuisia diffraktiokuvia erilaisten rakenteiden kidehilojen dislokaatioista (Parsons & Hoelke 1969). Diffraktiokuvion viivojen sijainnin ja kidehilan tasojen välillä oletettiin suoraa yhteyttä, mikä mahdollisti dislokaatioytimen lähellä sijaitsevien vääristymien tutkimisen. Teoreettisessa tutkimuksessaan Cokayne kuitenkin osoitti, että dislokaatioviivalla ja sen kaarevalla ei aina ole yksi-yhteen suhdetta hilan tasojen jakautumiseen. Lisäksi diffraktiogeometrian muutokset aiheuttavat muutoksia viivojen lukumäärässä ja niiden kaarevuudessa, joilla ei ole mitään tekemistä hilan tason geometrian kanssa. Suoritettu teoreettinen analyysi vahvistettiin myöhemmin kokeellisesti [6] .
Diffraktiokuviota laskettaessa, ottaen huomioon sekä heikosti viritetyt heijastukset että voimakkaat heijastukset, Cokayne huomasi, että joskus säteet, joilla on alhainen intensiteetti kiteen lähes ihanteellisilla alueilla, ovat voimakkaampia pienillä alueilla lähellä dislokaatioita. Tietyissä olosuhteissa tällaisen säteen maksimiintensiteetti voi vastata dislokaatiota, ja sen sijainti voidaan määrittää tarkkuudella, joka on suuruusluokkaa suurempi kuin perinteisellä elektronimikroskopiamenetelmällä. Näiden tutkimusten tuloksena kehitettiin pimeän kentän (heikkosäteen) menetelmä, josta on tullut klassinen menetelmä kidehilojen monimutkaisten viallisten geometrioiden tutkimiseen [7] .
Cokayne ja kollegat havaitsivat, että yksi heikon säteen analyysitekniikan mahdollisista sovelluksista on pinoamisvikaenergian (γ) määrittäminen, ja osoittivat tämän erilaisten kiderakenteiden esimerkillä [7] [8] [9] [10] [11] [12] . Toinen kehitetyn menetelmän sovellusalue oli pienten dislokaatiosilmukoiden luonteen ja geometrian tutkiminen sammutettujen tai säteilytettyjen materiaalien rakenteessa [13] . Cockaynen tutkimus auttoi myös monin tavoin selventämään puolijohteiden dislokaatioiden luonnetta [9] [14] [15] .
Niinpä Cockaynen sekä teoreettisesti että kokeellisesti kehittämällä elektronimikroskopiamenetelmällä oli merkittävä vaikutus monien materiaalien kidehilojen vikojen rakenteen ja ominaisuuksien ymmärtämiseen ja siitä tuli rutiinianalyysityökalu, jota käytetään laajalti kaikkialla maailmassa. maailma tällä hetkellä [16] [17] .
Cockaynen tutkimusaiheita tänä aikana olivat metalliseosten spinodaalinen hajoaminen, ohuiden kalvojen rakenteen tutkimus, korkean lämpötilan suprajohteet ja kuvan kontrastin analysointi fullereenien, mineraalien ja maaperän pinoamisvirheistä riippuen. Hänen pääpainonsa on kuitenkin kahdella osa-alueella: (1) puolijohdeheterorakenteiden sopimattomien dislokaatioiden aiheuttaman jännityksenpoiston tutkiminen ja (2) amorfisten materiaalien tutkiminen elektronidiffraktiolla.
PuolijohteetPäähuomio kiinnitettiin puolijohdeheterorakenteiden rajapintojen epäsovitussiirtymien aiheuttaman jännityksenpoiston tutkimukseen.
J. Zoun kanssa tehdyssä tutkimuksessa [18] tasapainodissosiaatiokonfiguraatiota matalan/lievästi epämuodostuneiden In 0,1 Ga 0,9 As/GaAs yksittäisten heterorakenteiden kanssa tutkittiin käyttämällä korkearesoluutioista elektronimikroskopiaa (HREM). Sopimattomien dislokaatioiden sijainti suhteessa toisiinsa määritettiin.
Zou ja Cokaine [19] jatkoivat kvanttikuivon heterorakenteiden dissosioituneiden dislokaatioiden muodostumisen tutkimista 60°:n kierteityksissä. Toisessa artikkelissa [20] osoitettiin, että Matthewsin ym. (katso Matthewset al. 1976) ehdottamaa kriittisen dislokaatiopaksuuden hyväksyttyä ehtoa oli muutettava epitaksiaalisissa kerroksissa, joissa on suuria yhteensopimattomuuksia, jos epitaksiaalinen kerros/substraatin rajapinta oli siepataan laajenevan silmukan alkaessa, kunnes se saavuttaa kriittisen säteen spontaanin laajenemisen aikana.
Vuonna 1997 Cockayne tutki heterorakenteen (GaAs/Al 0,6 Ga 0,4 As) pintakoostumusprofiilia käyttämällä tuolloin uutta korkeakulmaisen rengasmaisen pimeän kentän (HAADF) pyyhkäisytransmissioelektronimikroskoopin (STEM) kuvamallinnusmenetelmää [21] ja vertaamalla tulokset ns. Urmazd-kemiallisella kartoitusmenetelmällä (katso Ourmazd et al. 1989).
Yhteistyössä Chown kanssa Cocaine tutki myös {311} sauvamaisia vikoja säteilytetyssä Si:ssä heikon säteen olosuhteissa, jotka ovat kiinnostavia, koska ne liittyvät lisääntyneen diffuusion ajalliseen ilmiöön, joka rajoittaa Si-laitteiden pienentämistä [22] . [23] .
1990-luvun lopulla Cokayne aloitti kvanttipistetutkimusohjelman, jossa käytettiin transmissioelektronimikroskooppia (TEM) kaistan akseleiden monisädekuvauksen olosuhteissa saadakseen tietoa kvanttipisteiden koostumuksesta, muodosta ja koosta, mikä oli tärkeää niiden määrittämisessä. optoelektroniset ominaisuudet.
Amorfisten materiaalien tutkimus elektronidiffraktiollaYhdessä D.R. McKenzie kehitti elektronimikroskoopin elektronidiffraktiomenetelmän säteittäisjakauman funktioiden tarkkaan määrittämiseen pienistä amorfisen materiaalin tilavuuksista (suuruusluokkaa pienempiä kuin olisi mahdollista röntgen- tai neutronidiffraktioon perustuvilla menetelmillä [24] ). menetelmä tarjosi ensimmäisen todisteen ohutkalvon amorfisen hiilen olemassaolosta timantin allotrooppisessa modifikaatiossa [25] .
Cokayne ja kollegat tutkivat koherentin konvergoivan säteilyn vaikutusta amorfisen materiaalin nanotilavuuksista saatuihin elektronidiffraktiotietoihin [26] . Tulokset osoittivat, että halkaisijaltaan jopa 1,2 nm:n amorfisten näytteiden häiriövaikutuksia tukahdutti suurelta osin järjestyksen puute amorfisissa materiaaleissa, mikä mahdollisti koherentilla säteilyllä tutkittujen nanomittakaavaisten amorfisten materiaalien käytön menetelmien johtamiseksi säteittäisjakaumafunktioita diffraktiotiedoista. saatu epäkoherentista säteilystä.
Cockayne ja kollegat [27] käyttivät tätä menetelmää tutkiakseen amorfisen faasin rakennetta Ge 2 Sb 2 Te 5 -materiaalissa , jossa on nopea faasisiirtymä ja joka saattaa olla kiinnostava käytettäväksi korkeatiheyksisten tallennuslaitteiden aktiivisessa kerroksessa. Kirjoittajat käyttivät kirjoituksessaan tiheysfunktionaalista teoriaa (DFT) johtamaan uuden mallin amorfisen Ge 2 Sb 2 Te 5 :n rakennuspalikoista ja testasivat sitä amorfisen faasin kokeellisista elektronidiffraktiokuvioista saadun pienennetyn tiheyden funktiota vastaan. Tämä tutkimus on varhainen esimerkki elektronidiffraktion käytöstä yhdessä ab initio -laskelmien kanssa nanomittakaavan materiaalitilavuuden polyatomisen rakenteen saamiseksi.
Ennen Cockaynen Sydneyssä ja Oxfordissa työskentelevän ryhmän työtä kvanttipisteiden stressin lievittämiseen käytetty perinteinen viisaus oli pinnan uudelleenmuotoilu, doping ja sopimattomien dislokaatioiden käyttöön ottaminen. Hän ja hänen kollegansa havaitsivat kuitenkin, että elementtien erottelu kvanttipisteiden sisällä on tärkeä lisärasitusmekanismi [28] [29] .
Cockaynen ja Fr.:n ryhmän tekemän yhteisen tutkimuksen tuloksena. Ross IBM:ssä kehitti yksinkertaisen puolikvantitatiivisen mallin selittämään kokeellisesti havaittua koherenttien kupolin muotoisten Ge/Si(001) -saarten muodon ja koon kehitystä piipinnoituksen aikana [30] . Tutkimus on tarjonnut arvokasta tietoa atomiprosesseista, jotka määräävät kvanttipisteiden koon ja siten niiden elektroniset ja optiset ominaisuudet.
Cockaynen ryhmä määritti yhteistyössä Karlsruhen yliopiston ryhmän kanssa harvinaisten maametallien seosten atomien sijainnit kiteisen Si 3 N 4 :n ja amorfisten rakeidenvälisten kalvojen rajapinnassa monikiteisessä keramiikassa [31] . Rakenteelliset erot La:n ja Lu:n järjestelyssä voivat olla tärkeitä raekiinnittymisen kinetiikan ymmärtämiseksi kasvun aikana, koska ne määräävät Si 3 N 4 -pohjaisen keramiikan rakeiden anisotropian ja bulkkimekaaniset ominaisuudet .
Cockayne on edistänyt merkittävästi elektronimikroskopian popularisointia, levittämistä ja koulutusta sekä kansallisesti että kansainvälisesti. Yhdessä professori H. Hashimoton kanssa hän edisti Aasian ja Tyynenmeren elektronimikroskopiaa koskevia konferensseja ja seminaareja ja toimi Aasian ja Tyynenmeren elektronimikroskopiayhdistysten komitean pääsihteerinä (1984-1996). Cokayne toimi myös useissa aikakauslehtien toimituskunnissa ja oli yksi Micronin päätoimittajista vuosina 1991-2009.
Yksi Cockaynen pääpanoksista on Sydneyn yliopiston elektronimikroskopian laitoksen kehittäminen. Laitos perustettiin vuonna 1958 ylläpitämään yliopiston elektronimikroskopialaitteistoa. Cokaynesta tuli sen toinen johtaja vuonna 1974. Hän auttoi parantamaan divisioonan työoloja monin tavoin, erityisesti hankki lisää tilaa ja jatkoi yliopiston rahoitusta. Cokayne yritti saada laitoksen työntekijät itse mukaan tutkimustoimintaan. Hän välitti teknisten asiantuntijoiden jatkokoulutuksesta ja elektronimikroskopian popularisoinnista, lisäämällä opiskelijoiden kiinnostusta tieteeseen, joten hän osallistui erilaisten koulutusohjelmien luomiseen sekä erikoistuneille asiantuntijoille että koululaisille ja koulun opettajille. Osastolla järjestettiin usein koulumatkoja. Lisäksi toteutettiin Microscopes in Motion -ohjelma, joka mahdollisti JEOL-pyyhkäisyelektronimikroskoopin mukauttamisen esittelyyn eri oppilaitoksissa [32] . Cockaynen työ johtajana arvostettiin suuresti muissa australialaisissa yliopistoissa, ja myöhemmin ne alkoivat avata omia osastojaan.
Vuonna 1962 Cokayne tapasi tulevan vaimonsa Joan Kerrin, joka myös osallistui Melbournen yliopistoon, jossa hän opiskeli ranskaa ja englantia. He menivät naimisiin vuonna 1967 Lontoossa. Heillä oli kolme lasta (tyttäret Sophie (1973) ja Tamsin (1975) ja poika James (1977)), ja heillä on myös kolme lastenlasta.
Kun Cockayne valittiin Lontoon Royal Societyn jäseneksi, hän kirjoitti koulunsa fysiikan ja kemian opettajille kiitollisena ja totesi, että heidän erinomaisesta opetustyöstään tuli perusta hänen saavutuksilleen.
Vuonna 2009 Cokayne julkaisi romaanin nimeltä "Memoirs", joka tarkasteli tutkijoiden ja tiedemiesten ongelmia yliopistoympäristössä [33] . Keskusteltavia aiheita ovat muun muassa: tutkijoiden painostus "aktiivisesti julkaisemaan"; on tärkeää, että tutkijat esittävät tulokset yksiselitteisesti kaikissa kirjallisissa julkaisuissa; kulttuurieroista johtuvia vaikeuksia.
Vuodesta 2000 Cokayne on ollut säännöllisesti kirjoittanut essee "Gooday from the UK" [34] Australian Microscopy Societyn uutiskirjeessä. Lähes kymmenen vuoden aikana on julkaistu noin 30 artikkelia. Ne heijastavat hänen näkemyksiään tutkimuksen kustannuksista ja hyödyistä, tieteellisten konferenssien roolista, nuorten tutkijoiden haasteista akateemisten paikkojen saamisessa, nanoteknologiasta, tutkimusrahoituksesta ja tieteellisten julkaisujen eettisyydestä sekä elektronimikroskopian erityispiirteistä.
Yhdessä jaksossa Cokayne kuvaa tilannetta, jossa Royal Societyn täysistunnon luennoitsija joutui PowerPoint-esityksen kaatumiseen. Luennoitsijana oli David Cokayne itse (vaikka hän ei mainitse tätä artikkelissa), ja juuri hänen piti pitää puhe mikroskopiasta ilman objektilaseja. Luento oli kuitenkin menestys.
Lainaus professori J. R. Lawrencen lausunnosta Sydneyn yliopiston akateemiselle neuvostolle Davidin kuoleman jälkeen:
”Professori Cokayne ohjasi huolellisesti/tarkkailuna keskustelua näistä aiheista [n. tutkimuksen ja opetuksen luonne useilla aihealueilla], arvioiden tutkimuksen ja perinteisten akateemisten tieteenalojen välistä suhdetta sekä luovaa tieteellistä työtä tuolloin saatavilla olevan uuden tutkimuksen kirjolla. Tämä on johtanut yliopiston tutkimuspolitiikan ja kehittämisen paljon laajempaan ja tyydyttävämpään pohjaan.
Professori Lawrence Cockaynen panoksesta akateemisen neuvoston työhön:
”David oli perillä, kulttuurin harrastaja ja avainjäsen John Mackin varapuheenjohtajista. Hänen selkeä analyysinsä ja otteensa perustuivat lujasti hänen omistautumiseensa korkeimpiin akateemisiin älyllisiin periaatteisiin ja standardeihin. Hän todella välitti ja ajatteli akateemista tutkimusta ja opetusta ja niiden merkitystä. Hän teki suuren panoksen ryhmän ihmisten väliseen yhteenkuuluvuuteen ja siten akateemisen neuvoston ja viime kädessä koko yliopiston tehokkuuteen.
Lainaus Sir P. Hirschiltä, Cockaynesta kertovan elämäkerrallisen artikkelin kirjoittajalta:
"Luennolla ("George Adlington Syme's Ovation 1960"), jonka otsikkona oli "The Education of Civilized Man" Royal Australasian College of Surgeonsissa vuonna 1960, J.R. omaa etuaan ajava, suvaitsevainen, mutta rohkea, älykäs ja periaatteiltaan vahva" (Darling) 1960). Se kuvaa Davidia täydellisesti."
Kirjeessä Joan Cockanelle Davidin kuoleman jälkeen Kiinan elektronimikroskooppien seuran presidentti, professori Ze Zhang ja sen pääsihteeri, professori Xiaodong Han totesivat, että Cockane antoi merkittävän panoksen yhteiskunnalle ja kiinalaisen elektronimikroskopian kehittämiseen. Ennen Cokaynen lähtöä Sydneyn yliopisto kommentoi:
"Kun David tuli alukseen, elektronimikroskopian laitos on kasvanut yliopiston "jalokiviksi" (katso Ratinac 2008)