De la cercetarea fundamentală la tehnologie

Convorbire cu dr. Mihai Mihăilă, membru corespondent al Academiei Române

Ați debutat în viața academică în anul 1985 când ați fost distins cu premiul pentru fizica „Dragomir Hurmuzescu“ al Acade­miei Române pentru contribuții la studiul zgomotului 1/f în dispozitive semicon­ductoare.

Totul a început în 1984, an în care am publicat o lucrare în Physics Letters. In ea arătam că exista o legătură între acest fenomen și vibrațiile de natură termică ale atomilor în solid, care sunt cunoscute sub numele de fononi.

?ê?£i în anul 1985 ați primit premiul Academiei. Ați mai publicat lucrări dedicate acestei teme?

Da, am încercat să găsesc o aceeași structură în rezultatele altora. Am reușit să pun în evidență anumite fenomene de prag, care au fost considerate de domnul acade­mician Radu Grigorovici ca fiind un fenomen analog efectului Franck-Hertz.

Ați dat doctoratul cu acad. Mihai Drăgănescu și cu o temă asemănătoare.

Tema era o continuare a ceea ce făcusem deja. În plus, îmi propuneam să identific mecanismele microscopice ale fenomenului și să ajung la o metoda de spectroscopie.

?ê?£i care a fost deosebit de apreciată de specialiști.

Printre altele, de curând un grup de cercetători din SUA a folosit și verificat rezultatele mele prin aplicarea lor la dezvoltarea unor detectoare de radiație. Așadar, după aproape 30 de ani de așteptare, ideea a devenit tehnologie.

Aceea pe care ați elaborat-o Dvs.?

Da, dar și alții. Ipoteza fusese lansată în 1969 de un grup de cercetători din Olanda, însă rezultatele publicate de mine au fost primele care au demonstrat în mod direct, experimental, că ipoteza este corectă.

Într-un timp al schimbării chiar și în cercetarea științifică, Dvs. ați mers mai departe în studiul acestei teme, pe care ați dezvoltat-o, amplificat-o și care v-a adus împliniri. Care au fost pașii care v-au dus la aceste realizări?

Într-adevăr, am rămas permanent în apropierea acestui fenomen universal. Pașii sunt multi, greu de enumerat aici. Cred ca unul important a fost acela de a arăta că faimoasa controversă referitoare la originea de suprafață sau de volum nu este relevantă pentru originea fizică a fenomenului, așa cum s-a considerat timp de decenii.

Sunteți recunoscut ca descoperitorul mecanismelor de excitare fononică în fluctuațiile cu spectru 1/f și, pe această bază, a spectroscopiei de zgomot 1/f. În 1999 ați fost ales membru corespondent al Academiei Române. Pe tot parcursul afirmării Dvs. științifice ați urmat cam în același pas dezvoltarea teoriei cu experimentele și aplicațiile într-o relație de îmbogățire reciprocă.

Rezultatele obținute m-au condus către realizarea unei noi metode de spectroscopie de vibrație a atomilor în solid. După mulți ani de lucru la această metodă, îndrăznesc să afirm că este comparabilă cu metodele clasice de spectroscopie folosite în investigarea corpului solid. Cu ajutorul acestei metode se poate pune în evidență, la limită, prezenta unui singur atom de impuritate într-o matrice solidă, prin observarea frecventei locale de vibrație a impurității

Care îi și dau specificul.

Exact. Eu am reușit să identific astfel un număr de trei atomi de bor intr-un nanofir de siliciu.

Se recunoaște unanim că sunteți descoperitorul fononilor în zgomot. Dar, mai întâi, ce este fononul?

Fonon vine de la grecescul fono care înseamnă sunet. Prin analogie cu fotonul, fononul este cuanta de vibrație termică în solid. Fononii au un rol important în multe procese fizice care au loc în materia condensată, cum ar fi conductivitatea termică și electrică, printre altele. Au fost cercetători care au emis ipoteza că există o așa-numită fluctuație de mobilitate a electronilor generată de împrăștierea pe undele de vibrație termică (fononi), adică de mișcarea perpetua de vibrație a atomilor în jurul poziției lor de echilibru. Ipoteza era lansată, dar nu verificată. Prin măsurători specifice am pus în evidenta existența unor rezonanțe în zgomot care corespund fononilor.

Pornind de la cercetarea funda­mentală, ați mers mai departe spre aplicații practice. Cu ce realizări?

Mai întâi, vreau să menționez că, de fapt, eu am plecat de la o aplicație practică, mai precis de la experimentele pe care le făceam ca să obțin dispozitive semicon­ductoare de zgomot foarte mic. Între dispozitivele pe care le făceam, unele erau mai bune, altele, identice ca structură, nu. Curios să văd care este originea acestor disparități, am început să citesc și, cu timpul, tema m-a acaparat devenind principala preocupare.

Pentru că de aceasta vă ocupați de ani buni, cu realizări pe măsura investiției de muncă și dăruire, ați avut momente de descurajare, de plictis?

Au fost momente pe care le-aș numi de stagnare, nu de plictis, atunci când cauți fără să găsești nimic. Aceste momente sau perioade, care pot dura ani de zile, nu pot fi evitate și sunt greu de parcurs. Numai înțelegând că descurajarea face parte din joc si, deci, că nu trebuie să renunți ai șansa de a ajunge unde ti-ai propus.

E ca o criză?

Am trecut printr-o asemenea criză, de pildă când am făcut măsurători pe filme de platină de șapte nanometri grosime. Analizând aceste rezultate, mi-au fost necesare șase luni ca să observ că ipoteza originii de volum se confirmă, dar era incompletă. Așa s-a născut ipoteza partici­pării atomilor de suprafață. A doua zi eram pe drum spre biblioteca IFA, pe care am admirat-o toată viața pentru că intram in ea ca într-un templu. După vreo trei săptămâni de căutare, am găsit energiile de vibrație ale atomilor de suprafață ai platinei, care explicau complet rezultatele obținute prin măsurători. În acel moment, am început să cred în ceea ce găsisem.

Care este rolul întâmplării astăzi când tehnologiile sunt atât performante?

Întâmplarea îi ajută enorm pe cei care caută. Am trecut prin asemenea momente. Am lucrat cu un grup de cercetare de la Măgurele care pregătea niște probe cu nanoparticule de fier. Din măsurătoare, mă așteptam să observ energiile de vibrație ale fierului, dar nu am găsit nimic în acest sens. Complet întâmplător, am observat că rezultatul semăna cu spectrul grafitului. I-am sunat pe cei care mi-au dat probele crezând că au greșit. Mi-au spus râzând că nanopar­ticulele de fier erau, normal, îmbrăcate în grafit, astfel se oxidează. A fost un moment important pentru mine pentru că astfel îmi testasem metoda fără să știu care era compoziția acelui material, deci măsură­toarea fusese corectă. O alta situație în care întâmplarea m-a ajutat a fost atunci când, făcând măsurători pe un singur nanotub de carbon cu contacte de paladiu, nu obțineam spectrul de vibrație specific nanotubului. Întâmplător, am observat ca spectrul semăna cu al paladiului! Intr-o poză de înaltă rezoluție se observa ca, de fapt, cele două contacte de paladiu erau unite de un nanofir de paladiu, deci conducția avea loc prin nanofirul de paladiu, nu prin nanotubul de carbon. Aceasta a fost o altă confirmare neașteptată a metodei.

Este nevoie și de răbdare?

După mai bine de 42 de ani de expe­riență, cred că pot spune că răbdarea este unul dintre ingredientele fundamentale ale muncii de cercetare. Fără ea nu poți ajunge prea departe și, mai mult, poți distruge tot ceea ce ai realizat. Răbdare și tenacitate! Cum spuneam într-un alt interviu, să întârzii de unul singur în fața unor probleme ar putea fi condiția sine qua non a întâlnirii cu adevărul.

E foarte interesant ce spuneți, însă omul contemporan e mai pragmatic și îl interesează aplicațiile concrete. Cum știu că sunt mai multe, vă rog să numiți pe cele mai recente.

Cea mai recentă confirmare a rezultatelor mele vine din aplicarea lor in tehnologia detectoarelor de radiații gama.

Domeniul este unul de perspectivă?

Eu cred că încă nu i-a venit vremea. Fenomenul este cu atât mai important cu cât sistemele sunt mai mici, în domenii cum sunt nanoelectronica, nanosenzorii, ș.a. Fără îndoială, fiind fundamental, acest fenomen va limita performanțele multor sisteme fizice. De fapt, în nanoelectronica pe nanotuburi de carbon sau grafenă este deja considerat unul din factorii care limitează evoluția in domeniu si, din acest motiv, este intens investigat. De fapt, în general, foarte puține lucruri din nanoelectronică nu se vor confrunta cu asemenea probleme. Până la urmă, va exista o anumită limită peste care nu se va putea trece. Dincolo de ea, semnalul util va deveni neputincios, adică se va înecă in zgomotul electronic produs de însuși suportul material prin care trece.

Mai aveți timp să vă consacrați și altor probleme?

Sunt obligat să o fac. Mă ocup, printre altele, de conversia energiei solare.

Timpul care vă mai rămâne și cât vă rămâne îl dedicați familiei și altceva?

Îmi plac pomii și viile toamna, merg la concerte si vernisaje, ascult muzică si citesc. Încă mă fascinează realismul magic al lui Gabriel Garcia Marquez, pe care îl admir pentru geniul cu care asociază cuvinte și imagini de neîmperecheat.

Elena Solunca Moise