| David Cockane | |
|---|---|
| Fødselsdato | 19. marts 1942 |
| Fødselssted | |
| Dødsdato | 22. december 2010 [1] (68 år) |
| Et dødssted | |
| Land | |
| Videnskabelig sfære | Materialevidenskab |
| Arbejdsplads | |
| Priser og præmier | medlem af Royal Society of London Harry Massey-medalje og pris [d] ( 2008 ) medlem af Institut for Fysik [d] |
David John Hugh Cockayne ( 19. marts 1942 – 22. december 2010) var en engelsk og australsk fysiker . Medlem af Royal Society of London siden 1999. Cockaynes vigtigste bidrag til videnskaben er udviklingen af metoden til mørkefelts (svag stråle) transmissionselektronmikroskopi ( TEM ) og udviklingen af en præcisionsmetode til elektrondiffraktion i et elektronmikroskop. Han var direktør for Elektronmikroskopi-enheden ved University of Sydney (1974-1999) og bidrog væsentligt til dens udvikling. Han var præsident for International Federation of Societies for Electron Microscopy fra 2003 til 2007 [3] .
David John Hugh Cokayne blev født 19. marts 1942 i London . Han var mellembarnet af John Henry Cokayne og Evie Cokayne (nee Hatton). Hans far var politimand i London under Anden Verdenskrig , hans mor arbejdede på postkontoret. Da David var 8 år gammel, emigrerede hans familie til Australien og slog sig ned i Geelong, Victoria. Cokayne studerede godt i skolen, så i 1953 blev han indskrevet på en gymnasieskole ved den anglikanske kirke i Geelong på stipendiumsbasis.
I 1961 kom Cokayne ind på University of Melbourne , hvor han studerede fysik og dimitterede med udmærkelse i 1964. Han var det første medlem af sin familie, der tog eksamen. I sit fjerde studieår deltog Cokayne i J. Cowleys kursus om elektrondiffraktion, og efter at have gået ind på kandidatuddannelsen begyndte han at arbejde i en videnskabelig gruppe, der beskæftigede sig med studiet af diffraktionsfænomener. Cokayne afsluttede sin MA med udmærkelse fra University of Melbourne og blev tildelt Professor Kernot Competitive Fellowship for sit speciale. Han blev også tildelt et Commonwealth Fellowship for en PhD fra Magdalen College, Oxford .
I september 1966 blev Cokayne en postgraduate-studerende ved Institut for Metallurgi i Oxford og sluttede sig til en forskergruppe ledet af Dr. M. J. Whelan, hvor han studerede elektronmikroskopbilleder af defekter i krystalgitre.
I juni 1974, i en alder af 32 år, overtog Cokayne som direktør for afdelingen for elektronmikroskopi ved University of Sydney. Han blev også tildelt titlen som lektor. I 1986 blev Cokayne for sin enestående tjeneste i at lede divisionen forfremmet til professor og derefter i 1992 til emeritusprofessor (professor i fysiske videnskaber i elektronmikroskopi og mikroanalyse). Derudover blev Cokayne i løbet af 1990'erne udnævnt til flere universitetsudvalg. Især i 1990 sluttede han sig til forskningsudvalget ved University of Sydney. Han blev dets formand i 1994 og beklædte denne stilling indtil sin afgang til Oxford i 2000, hvor han blev professor i fysiske metoder til studiet af materialer ved Institut for Materialevidenskab og fortsatte sin forskning. I september 2009 sagde Cokayne op. En konference var dedikeret til hans afgang fra embedet med deltagelse af omkring hundrede delegerede, hvoraf mange kom fra udlandet (se Hirsch et al. 2010). Cockayne døde i 2010 af lungekræft.
Efter at have tilmeldt sig kandidatuddannelsen sluttede Cokayne sig til den videnskabelige gruppe, der var engageret i undersøgelsen af diffraktionsfænomener og deltog i forbedringen af flerlagsteorien om elektrondiffraktion og optimering af udstyr til at udføre eksperimenter inden for denne teori [4] .
I sin kandidatafhandling "Numerical calculations of the multi-beam solution of the problem of elektrondiffraction and their experimental verification using diffraction in converging beams" [5] , beskrev Cokayne tilstrækkeligt detaljeret udviklingen af multi-beam dynamisk teori om elektrondiffraktion og førte til en form, der var praktisk til computerberegninger, og viste også deres høje nøjagtighed og gode overensstemmelse med eksperimentet; vurderet nøjagtigheden og egnetheden af forskellige almindeligt anvendte tilnærmelser, såsom "fasegittertilnærmelsen"; betragtet udbredelseskoefficienten i multipath dynamisk teori.
I Oxford begyndte Cokayne at udvikle metoder til at studere stærke deformationer nær centrene for dislokationer, da de, der eksisterede dengang, ikke tillod at besvare nogle spørgsmål, især vedrørende arten af dislokationskernen og adskillelsen af partielle dislokationer dannet ved dissociation.
På det tidspunkt, hvor Cokayne begyndte sit arbejde, var andre forskere allerede ved at opnå højkvalitetsdiffraktionsbilleder af dislokationer i krystalgitre af forskellige strukturer (Parsons & Hoelke 1969). Der blev antaget en direkte sammenhæng mellem linjernes position i diffraktionsmønsteret og krystalgitterets planer, og dette gjorde det muligt at studere forvrængningerne i nærheden af dislokationskernen. Men i sit teoretiske studie viste Cokayne, at dislokationslinjen og dens krumning ikke altid har en en-til-en relation til fordelingen af gitterplaner. Derudover forårsager ændringer i diffraktionsgeometrien ændringer i antallet af linjer og deres krumning, som ikke har noget at gøre med gitterplanets geometri. Den udførte teoretiske analyse blev senere bekræftet eksperimentelt [6] .
Ved beregning af diffraktionsmønsteret under hensyntagen til både svagt exciterede refleksioner og stærke refleksioner bemærkede Cokayne, at nogle gange er stråler, der har lave intensiteter i næsten ideelle områder af krystallen, mere intense i små områder nær dislokationer. Under specifikke forhold kan den maksimale intensitet af en sådan stråle svare til en dislokation, og dens position kan bestemmes med en nøjagtighed, der er en størrelsesorden højere end med den traditionelle højstrålemetode til elektronmikroskopi. Som et resultat af disse undersøgelser blev der udviklet en mørkfeltsmetode (svag-stråle), som er blevet en klassisk metode til at studere komplekse defekte geometrier af krystalgitre [7] .
Cokayne og kolleger opdagede, at en af de mulige anvendelser af svag stråleanalyseteknikken er bestemmelsen af stablingsfejlenergien (γ), og viste dette på eksemplet med forskellige krystalstrukturer [7] [8] [9] [10] [11] [12] . Et andet anvendelsesområde for den udviklede metode var studiet af arten og geometrien af små dislokationsløkker i strukturen af bratkølede eller bestrålede materialer [13] . Cockaynes forskning hjalp også på mange måder med at klarlægge karakteren af dislokationer i halvledere [9] [14] [15] .
Elektronmikroskopimetoden, udviklet af Cockayne både teoretisk og eksperimentelt, havde således en betydelig indvirkning på forståelsen af strukturen og egenskaberne af defekter i krystalgitre af mange materialer og blev et rutinemæssigt analyseværktøj, der er meget udbredt overalt i verden. verden i øjeblikket [16] [17] .
Cockaynes forskningsemner i denne periode omfattede spinodal nedbrydning af legeringer, studiet af strukturen af tynde film, højtemperatur-superledere og analyse af billedkontrast afhængigt af stablingsfejl for fullerener, mineraler og jord. Imidlertid er hans hovedfokus på to områder: (1) studiet af spændingsaflastning ved mistilpassede dislokationer i halvleder-heterostrukturer og (2) studiet af amorfe materialer ved elektrondiffraktion.
HalvledereHovedopmærksomheden blev rettet mod studiet af stressaflastning på grund af mistilpassede dislokationer ved grænseflader i halvleder-heterostrukturer.
I et studie med J. Zou [18] blev ligevægtsdissociationskonfigurationen i lav/let deformerede In 0,1 Ga 0,9 As/GaAs enkelte heterostrukturer undersøgt ved hjælp af højopløsningselektronmikroskopi (HREM). Placeringen af mistilpassede dislokationer i forhold til hinanden blev fastlagt.
Zou og Cokaine [19] fortsatte med at studere dannelsen af mistilpassede dislokationer ved dissocierede 60° gevinddislokationer i kvantebrøndheterostrukturer. I et andet papir [20] blev det vist, at den accepterede betingelse for den kritiske dislokationstykkelse foreslået af Matthews et al. (se Matthewset al. 1976) skulle modificeres i epitaksiale lag med store uoverensstemmelser, hvis det epitaksiale lag/substrat-grænseflade var opsnappes under initieringen af en ekspanderende sløjfe, indtil den når en kritisk radius under spontan ekspansion.
I 1997 studerede Cockayne overfladesammensætningsprofilen af en heterostruktur (GaAs/Al 0,6 Ga 0,4 As) ved hjælp af den dengang nye højvinklede ringformede mørkefelt (HAADF) scanning transmission elektronmikroskopi (STEM) billedmodelleringsmetode [21] og sammenligning af resultaterne med den såkaldte Urmazd kemiske kortlægningstilgang (se Ourmazd et al. 1989).
I samarbejde med Chow undersøgte kokain også {311} stavlignende defekter i bestrålet Si under svage stråleforhold, som er af interesse på grund af deres sammenhæng med det tidsmæssige fænomen øget diffusion, som begrænser miniaturiseringen af Si-enheder [22] [23] .
I slutningen af 1990'erne påbegyndte Cokayne et kvanteprikforskningsprogram ved brug af transmissionselektronmikroskopi (TEM) under forhold med multistråle-billeddannelse af båndakserne for at opnå information om kvanteprikkernes sammensætning, form og størrelse, hvilket var vigtigt for at bestemme deres optoelektroniske egenskaber.
Undersøgelse af amorfe materialer ved elektrondiffraktionSammen med D.R. McKenzie udviklede en elektronmikroskop elektrondiffraktionsmetode til præcis bestemmelse af radialfordelingsfunktioner ud fra små volumener af amorft materiale (størrelsesordener mindre end det ville være muligt med metoder baseret på røntgen- eller neutrondiffraktion [24] ). Den tidlige anvendelse af metoden gav det første bevis på eksistensen af tyndfilm amorft kulstof i den allotropiske modifikation af diamant [25] .
Cokayne og kolleger undersøgte effekten af kohærent konvergerende stråling på elektrondiffraktionsdata opnået fra nanovolumener af amorft materiale [26] . Resultaterne viste, at for amorfe prøver så små som 1,2 nm i diameter, blev interferenseffekter stort set undertrykt af manglen på orden i amorfe materialer, hvilket gjorde det muligt for amorfe materialer på nanoskala, der blev studeret med kohærent stråling, at bruge metoder til at udlede radiale fordelingsfunktioner fra diffraktionsdata opnået for inkohærent stråling.
Denne metode blev anvendt af Cockayne og kolleger [27] til at studere strukturen af den amorfe fase i et Ge 2 Sb 2 Te 5 -materiale med en hurtig faseovergang, potentielt interessant til brug i det aktive lag af højdensitetslagringsenheder. I deres papir brugte forfatterne densitetsfunktionsteori (DFT) til at udlede en ny model af byggestenene i amorfe Ge 2 Sb 2 Te 5 og testede den mod den reducerede tæthedsfunktion opnået fra eksperimentelle elektrondiffraktionsmønstre i den amorfe fase. Denne undersøgelse er et tidligt eksempel på brugen af elektrondiffraktion sammen med ab initio beregninger for at opnå den polyatomiske struktur af et nanoskala volumen af materiale.
Forud for arbejdet i Cockaynes gruppe i Sydney og Oxford var den konventionelle visdom om, hvordan man lindrer stress i kvanteprikker, overfladeomformning, doping og indførelse af mistilpassede dislokationer. Han og hans kolleger fandt dog ud af, at adskillelsen af elementer inde i kvanteprikker er en vigtig yderligere afspændingsmekanisme [28] [29] .
Som et resultat af en fælles undersøgelse udført af gruppen af Cockayne og Fr. Ross hos IBM blev en simpel semi-kvantitativ model udviklet til at forklare den eksperimentelt observerede udvikling af formen og størrelsen af sammenhængende kuppelformede Ge/Si(001) øer under siliciumbelægning [30] . Undersøgelsen har givet værdifuld indsigt i de atomare processer, der bestemmer størrelsen af kvanteprikker og dermed deres elektroniske og optiske egenskaber.
Cockaynes gruppe, i samarbejde med en gruppe fra universitetet i Karlsruhe, bestemte positionerne af sjældne jordarters legeringsatomer ved grænsefladen mellem krystallinsk Si 3 N 4 og amorfe intergranulære film i polykrystallinsk keramik [31] . Strukturelle forskelle i arrangementet af La og Lu kan være vigtige for at forstå kinetikken af kornvedhæftning under vækst, da de bestemmer kornanisotropien og bulkmekaniske egenskaber af keramik baseret på Si 3 N 4 .
Cockayne har ydet betydelige bidrag til popularisering, formidling og uddannelse af elektronmikroskopi både nationalt og internationalt. Sammen med professor H. Hashimoto promoverede han Asien-Stillehavskonferencerne og seminarerne om elektronmikroskopi og fungerede som generalsekretær for Komitéen for Asien-Stillehavssamfundene for Elektronmikroskopi (1984-1996). Cokayne sad også i en række redaktioner for magasiner og var en af chefredaktørerne for Micron fra 1991-2009.
Et af Cockaynes vigtigste bidrag er udviklingen af afdelingen for elektronmikroskopi ved University of Sydney. Afdelingen blev oprettet i 1958 for at vedligeholde det udstyr til elektronmikroskopi, som var tilgængeligt på universitetet. Cokayne blev dens anden direktør i 1974. Han hjalp med at forbedre afdelingens arbejdsforhold på mange måder, især sikrede han sig mere plads og fortsatte finansiering fra universitetet. Cokayne forsøgte selv at involvere medarbejderne i afdelingen i forskningsaktiviteter. Han bekymrede sig om den avancerede uddannelse af tekniske specialister og populariseringen af elektronmikroskopi, hvilket øgede elevernes interesse for naturvidenskab, derfor deltog han i oprettelsen af forskellige uddannelsesprogrammer både for specialiserede specialister og for skolebørn og skolelærere. Der blev ofte holdt skoleture i afdelingen. Derudover blev programmet Microscopes in Motion implementeret, som gjorde det muligt at tilpasse JEOL scanningselektronmikroskopet til demonstration i forskellige uddannelsesinstitutioner [32] . Cockaynes arbejde som direktør blev højt anset på andre australske universiteter, og senere begyndte de at åbne deres egne afdelinger.
I 1962 mødte Cokayne sin fremtidige kone, Joan Kerr, som også gik på University of Melbourne, hvor hun studerede fransk og engelsk. De giftede sig i 1967 i London. De havde tre børn (døtrene Sophie (1973) og Tamsin (1975) og sønnen James (1977)), og har også tre børnebørn.
Efter at Cockayne blev valgt til medlem af Royal Society of London, skrev han til sine skolelærere i fysik og kemi med taknemmelighed og bemærkede, at deres fremragende undervisningsarbejde blev grundlaget for hans præstationer.
I 2009 udgav Cokayne en roman kaldet "Memoirs", som undersøgte de problemer, som forskere og videnskabsmænd står over for i universitetsmiljøet [33] . Emner, der diskuteres, omfatter: pres på videnskabsfolk til at "aktivt publicere"; vigtigheden af, at videnskabsmænd præsenterer deres resultater utvetydigt i enhver skriftlig publikation; vanskeligheder som følge af kulturforskelle.
Siden 2000 har Cokayne været en regelmæssig bidragyder til et essay med titlen "Goodday from the UK" [34] til Newsletter of the Australian Microscopy Society. Omkring 30 artikler er blevet publiceret over en næsten ti-årig periode. De afspejler hans syn på omkostningerne og fordelene ved forskning, de videnskabelige konferencers rolle, de udfordringer, unge forskere står over for med at opnå akademiske stillinger, nanoteknologi, forskningsmidler og etikken i videnskabelige publikationer, samt emner, der er mere specifikke for elektronmikroskopi.
I en episode beskriver Cokayne en situation, hvor en foredragsholder fra Royal Society havde en PowerPoint-præsentationsnedbrud. Foredragsholder var David Cokayne selv (selvom han ikke nævner dette i artiklen), og det var ham, der skulle holde et foredrag om mikroskopi uden lysbilleder. Ikke desto mindre var foredraget en stor succes.
Citat fra professor J.R. Lawrences udtalelse til det akademiske råd ved University of Sydney efter Davids død:
“Professor Cokayne guidede omhyggeligt/opmærksomt diskussionen om disse emner [ca. arten af forskning og undervisning på tværs af flere fagområder], vurdering af forholdet mellem forskning og traditionelle akademiske discipliner, samt kreativt videnskabeligt arbejde på tværs af spektret af ny forskning, der er tilgængelig på det tidspunkt. Det har ført til et langt bredere og mere tilfredsstillende fundament for forskningspolitik og udvikling på universitetet.”
Professor Lawrence om Cockaynes bidrag til det akademiske råds arbejde:
“David var en informeret, kulturel entusiast og et centralt medlem af John Macks team af næstformænd. Hans klare analyse og uddrag var solidt baseret på hans hengivenhed til de højeste akademiske intellektuelle principper og standarder. Han brød sig virkelig om og tænkte over akademisk forskning og undervisning og deres betydning. Han ydede et stort bidrag til gruppens interpersonelle sammenhængskraft og dermed til effektiviteten af Det Akademiske Råd og i sidste ende hele universitetet.
Citat fra Sir P. Hirsch, forfatter til den biografiske artikel om Cockayne:
"I et foredrag ("George Adlington Syme's Ovation 1960") med titlen "The Education of Civilized Man" på Royal Australasian College of Surgeons i 1960, J.R. egeninteresse, tolerant, men dog modig, intelligent og stærk i sine principper" (Darling 1960). Det beskriver David perfekt."
I et brev til Joan Cockane efter Davids død bemærkede præsidenten for Chinese Society of Electron Microscopists, professor Ze Zhang, og dets generalsekretær, professor Xiaodong Han, at Cockane ydede betydelige bidrag til samfundet og udviklingen af kinesisk elektronmikroskopi. Før Cokaynes afgang kommenterede University of Sydney News:
"Siden David kom om bord, er Institut for Elektronmikroskopi vokset til, hvad der kan beskrives som 'juvelen' af universitetet" (se Ratinac 2008)