| David Cockane | |
|---|---|
| Födelsedatum | 19 mars 1942 |
| Födelseort | |
| Dödsdatum | 22 december 2010 [1] (68 år) |
| En plats för döden | |
| Land | |
| Vetenskaplig sfär | Materialvetenskap |
| Arbetsplats | |
| Utmärkelser och priser | medlem av Royal Society of London Harry Massey-medalj och pris [d] ( 2008 ) medlem av Institutet för fysik [d] |
David John Hugh Cockayne ( 19 mars 1942 – 22 december 2010) var en engelsk och australisk fysiker . Medlem av Royal Society of London sedan 1999. Cockaynes huvudsakliga bidrag till vetenskapen är utvecklingen av metoden för mörkfälts- (svag stråle) transmissionselektronmikroskopi ( TEM ) och utvecklingen av en precisionsmetod för elektrondiffraktion i ett elektronmikroskop. Han var chef för enheten för elektronmikroskopi vid University of Sydney (1974-1999) och bidrog avsevärt till dess utveckling. Han var ordförande för International Federation of Societies for Electron Microscopy från 2003 till 2007 [3] .
David John Hugh Cokayne föddes den 19 mars 1942 i London . Han var mellanbarnet till John Henry Cokayne och Evie Cokayne (nee Hatton). Hans far var polis i London under andra världskriget , hans mamma arbetade på postkontoret. När David var 8 år gammal emigrerade hans familj till Australien och bosatte sig i Geelong, Victoria. Cokayne studerade bra i skolan, så 1953 skrevs han in på en gymnasieskola vid den anglikanska kyrkan i Geelong på stipendiebasis.
1961 gick Cokayne in på University of Melbourne , där han studerade fysik och tog examen med utmärkelser 1964. Han var den första medlemmen i sin familj som tog examen. Under sitt fjärde studieår gick Cokayne i J. Cowleys kurs om elektrondiffraktion och började, efter att ha kommit in på masterprogrammet, arbeta i en vetenskaplig grupp som ägnade sig åt studier av diffraktionsfenomen. Cokayne avslutade sin MA med utmärkelser från University of Melbourne och tilldelades Professor Kernot Competitive Fellowship för sin avhandling. Han tilldelades också ett Commonwealth Fellowship för en doktorsexamen från Magdalen College, Oxford .
I september 1966 blev Cokayne doktorand vid Institutionen för metallurgi i Oxford och gick med i en forskargrupp ledd av Dr. M. J. Whelan, där han studerade elektronmikroskopbilder av defekter i kristallgitter.
I juni 1974, vid 32 års ålder, tog Cokayne över som chef för avdelningen för elektronmikroskopi vid University of Sydney. Han belönades också med titeln docent. 1986, för sin enastående tjänst i att leda divisionen, befordrades Cokayne till professor och sedan 1992 till emeritusprofessor (professor i fysikaliska vetenskaper i elektronmikroskopi och mikroanalys). Dessutom utsågs Cokayne under 1990-talet till flera universitetskommittéer. I synnerhet gick han 1990 med i forskningskommittén vid University of Sydney. Han blev dess ordförande 1994 och innehade denna position fram till sin avresa till Oxford 2000, där han blev professor i fysikaliska metoder för materialstudier vid institutionen för materialvetenskap, och fortsatte även sin forskning. I september 2009 sa Cokayne upp sig. En konferens ägnades åt hans avgång från ämbetet, där ett hundratal delegater deltog, av vilka många kom från utlandet (se Hirsch et al. 2010). Cockayne dog 2010 i lungcancer.
Efter att ha anmält sig till masterprogrammet gick Cokayne med i den vetenskapliga gruppen som studerade diffraktionsfenomen och deltog i förbättringen av flerskiktsteorin för elektrondiffraktion och optimeringen av utrustning för att utföra experiment inom denna teori [4] .
I sin magisteruppsats "Numerical calculations of the multi-beam solution of the problem of elektrondiffraction and their experimental verification using diffraction in converging beams" [5] , beskrev Cokayne tillräckligt detaljerat utvecklingen av multi-beam dynamisk teori för elektrondiffraktion och ledde till en form lämplig för datorberäkningar, och visade också deras höga noggrannhet och goda överensstämmelse med experiment; bedömde noggrannheten och lämpligheten hos olika vanliga approximationer, såsom "fasgitterapproximationen"; betraktade utbredningskoefficienten i flervägs dynamisk teori.
I Oxford började Cokayne utveckla metoder för att studera starka deformationer nära centra för dislokationer, eftersom de som fanns då inte tillät att besvara vissa frågor, i synnerhet om arten av dislokationskärnan och separationen av partiella dislokationer som bildas av dissociation.
När Cokayne började sitt arbete hade andra forskare redan erhållit högkvalitativa diffraktionsbilder av dislokationer i kristallgitter av olika strukturer (Parsons & Hoelke 1969). Ett direkt samband antogs mellan positionen för linjerna i diffraktionsmönstret och kristallgittrets plan, och detta gjorde det möjligt att studera förvrängningarna som ligger nära dislokationskärnan. Men i sin teoretiska studie visade Cokayne att dislokationslinjen och dess krökning inte alltid har en en-till-en relation till fördelningen av gitterplan. Dessutom orsakar förändringar i diffraktionsgeometrin förändringar i antalet linjer och deras krökning, vilket inte har något att göra med gitterplanets geometri. Den teoretiska analys som genomfördes bekräftades senare experimentellt [6] .
När man beräknade diffraktionsmönstret, med hänsyn till både svagt exciterade reflektioner och starka reflektioner, märkte Cokayne att ibland strålar som har låg intensitet i nästan idealiska områden av kristallen är mer intensiva i små områden nära dislokationer. Under specifika förhållanden kan den maximala intensiteten för en sådan stråle motsvara en dislokation, och dess position kan bestämmas med en noggrannhet som är en storleksordning högre än med den traditionella högstrålemetoden för elektronmikroskopi. Som ett resultat av dessa studier utvecklades en mörkfältsmetod (svag strålning), som har blivit en klassisk metod för att studera komplexa defekta geometrier hos kristallgitter [7] .
Cokayne och kollegor upptäckte att en av de möjliga tillämpningarna av analystekniken för svag strålning är bestämning av staplingsfelenergin (γ), och visade detta på exemplet med olika kristallstrukturer [7] [8] [9] [10] [11] [12] . Ett annat tillämpningsområde för den utvecklade metoden var studiet av naturen och geometrin hos små dislokationsslingor i strukturen av kylda eller bestrålade material [13] . Dessutom hjälpte Cockaynes forskning på många sätt att klargöra arten av dislokationer i halvledare [9] [14] [15] .
Således har metoden för elektronmikroskopi, utvecklad av Cockayne både teoretiskt och experimentellt, haft en betydande inverkan på förståelsen av strukturen och egenskaperna hos defekter i kristallgittren i många material och blev ett rutinanalysverktyg som används flitigt över hela världen. världen för tillfället [16] [17] .
Cockaynes forskningsämnen under denna period inkluderade spinodal nedbrytning av legeringar, studiet av strukturen hos tunna filmer, högtemperatursupraledare och analys av bildkontrast beroende på staplingsfel för fullerener, mineraler och jordar. Emellertid är hans huvudsakliga fokus för sitt arbete inom två områden: (1) studiet av stressavlastning genom misspassade dislokationer i halvledarheterostrukturer, och (2) studiet av amorfa material genom elektrondiffraktion.
HalvledareDen huvudsakliga uppmärksamheten ägnades åt studiet av stressavlastning på grund av misspassade dislokationer vid gränssnitt i halvledarheterostrukturer.
I en studie med J. Zou [18] undersöktes jämviktsdissociationskonfigurationen i låg/lätt deformerade In 0,1 Ga 0,9 As/GaAs enstaka heterostrukturer med hjälp av högupplöst elektronmikroskopi (HREM). Platsen för misspassade dislokationer i förhållande till varandra fastställdes.
Zou och Cokaine [19] fortsatte att studera bildandet av misspassade dislokationer genom dissocierade 60° gängförskjutningar i kvantbrunnars heterostrukturer. I en annan artikel [20] visades det att det accepterade villkoret för den kritiska dislokationstjockleken som föreslagits av Matthews et al (se Matthewset al. 1976) behövde modifieras i epitaxiella lager med stora felmatchningar om det epitaxiella lagret/substratgränsytan var fångas upp under initieringen av en expanderande slinga tills den når en kritisk radie under spontan expansion.
År 1997 studerade Cockayne ytsammansättningsprofilen för en heterostruktur (GaAs/Al 0,6 Ga 0,4 As) med hjälp av den då nya högvinklade ringformiga mörka fältet (HAADF) scanning transmission elektronmikroskopi (STEM) bildmodelleringsmetod [21] och jämförelse av resultaten med den så kallade Urmazd-kemiska kartläggningsmetoden (se Ourmazd et al. 1989).
I samarbete med Chow undersökte kokain även {311} stavliknande defekter i bestrålat Si under svaga strålförhållanden, vilket är av intresse på grund av deras samband med det tidsmässiga fenomenet ökad diffusion, vilket begränsar miniatyriseringen av Si-enheter [22] [23] .
I slutet av 1990-talet startade Cokayne ett kvantpunktsforskningsprogram med användning av transmissionselektronmikroskopi (TEM) under förhållanden med multistråleavbildning av bandaxlarna för att få information om kvantprickarnas sammansättning, form och storlek, vilket var viktigt för att bestämma deras optoelektroniska egenskaper.
Studie av amorfa material genom elektrondiffraktionTillsammans med D.R. McKenzie utvecklade ett elektronmikroskop elektrondiffraktionsmetod för exakt bestämning av radiella fördelningsfunktioner från små volymer av amorft material (storleksordningar mindre än vad som skulle vara möjligt med metoder baserade på röntgen- eller neutrondiffraktion [24] ). Den tidiga tillämpningen av metoden gav det första beviset på existensen av tunnfilms amorft kol i den allotropa modifieringen av diamant [25] .
Cokayne och kollegor undersökte effekten av koherent konvergerande strålning på elektrondiffraktionsdata erhållna från nanovolymer av amorft material [26] . Resultaten visade att för amorfa prover så små som 1,2 nm i diameter, undertrycktes interferenseffekter till stor del av bristen på ordning i amorfa material, vilket gjorde det möjligt för amorfa material i nanoskala som studerats med koherent strålning att använda metoder för att härleda radiella fördelningsfunktioner från diffraktionsdata erhålls för inkoherent strålning.
Denna metod användes av Cockayne och kollegor [27] för att studera strukturen av den amorfa fasen i ett Ge 2 Sb 2 Te 5 -material med en snabb fasövergång, potentiellt intressant för användning i det aktiva lagret av högdensitetslagringsenheter. I sin uppsats använde författarna densitetsfunktionella teorin (DFT) för att härleda en ny modell av byggstenarna i amorfa Ge 2 Sb 2 Te 5 och testade den mot den reducerade densitetsfunktionen som erhölls från experimentella elektrondiffraktionsmönster i den amorfa fasen. Denna studie är ett tidigt exempel på användningen av elektrondiffraktion tillsammans med ab initio- beräkningar för att erhålla den polyatomära strukturen av en materialvolym i nanoskala.
Före arbetet med Cockaynes grupp i Sydney och Oxford var den konventionella visdomen om hur man kan lindra stress i kvantprickar ytomformning, dopning och införande av misspassade dislokationer. Men han och hans kollegor fann att segregeringen av element inuti kvantprickar är en viktig extra avspänningsmekanism [28] [29] .
Som ett resultat av en gemensam studie utförd av gruppen Cockayne och Fr. Ross på IBM utvecklades en enkel semikvantitativ modell för att förklara den experimentellt observerade utvecklingen av formen och storleken på koherenta kupolformade Ge/Si(001)-öar under kiselbeläggning [30] . Studien har gett värdefull insikt i de atomära processer som bestämmer storleken på kvantprickar och därmed deras elektroniska och optiska egenskaper.
Cockaynes grupp, i samarbete med en grupp från universitetet i Karlsruhe, bestämde positionerna för legeringsatomer av sällsynta jordartsmetaller vid gränsytan mellan kristallint Si 3 N 4 och amorfa intergranulära filmer i polykristallin keramik [31] . Strukturella skillnader i arrangemanget av La och Lu kan vara viktiga för att förstå kinetiken för kornbindning under tillväxt, eftersom de bestämmer kornanisotropin och bulkmekaniska egenskaper hos keramer baserade på Si 3 N 4 .
Cockayne har gjort betydande bidrag till popularisering, spridning och utbildning av elektronmikroskopi både nationellt och internationellt. Tillsammans med professor H. Hashimoto främjade han Asien-Stillahavsområdets konferenser och seminarier om elektronmikroskopi och tjänstgjorde som generalsekreterare för kommittén för Asien-Stillahavsområdets sällskap för elektronmikroskopi (1984–1996). Cokayne arbetade också i ett antal redaktioner för tidskrifter och var en av chefredaktörerna för Micron 1991-2009.
Ett av Cockaynes främsta bidrag är utvecklingen av institutionen för elektronmikroskopi vid University of Sydney. Institutionen bildades 1958 för att underhålla den utrustning för elektronmikroskopi som fanns vid universitetet. Cokayne blev dess andra direktör 1974. Han hjälpte till att förbättra avdelningens arbetsvillkor på många sätt, i synnerhet fick han mer utrymme och fortsatte finansiering från universitetet. Cokayne försökte involvera de anställda på avdelningen själva i forskningsverksamheten. Han brydde sig om den avancerade utbildningen av tekniska specialister och populariseringen av elektronmikroskopi, vilket ökade intresset för studenter för naturvetenskap, därför deltog han i skapandet av olika utbildningsprogram både för specialiserade specialister och för skolbarn och skollärare. Skolresor hölls ofta på avdelningen. Dessutom implementerades programmet Microscopes in Motion, vilket gjorde det möjligt att anpassa svepelektronmikroskopet JEOL för demonstration i olika utbildningsinstitutioner [32] . Cockaynes arbete som direktör var mycket uppskattat vid andra australiensiska universitet, och senare började de öppna sina egna divisioner.
1962 träffade Cokayne sin blivande fru, Joan Kerr, som också gick på University of Melbourne där hon studerade franska och engelska. De gifte sig 1967 i London. De fick tre barn (döttrarna Sophie (1973) och Tamsin (1975) och sonen James (1977)), och har även tre barnbarn.
Efter att Cockayne valdes till medlem av Royal Society of London, skrev han till sina skollärare i fysik och kemi med tacksamhet och noterade att deras utmärkta undervisningsarbete blev grunden för hans prestationer.
2009 publicerade Cokayne en roman kallad "Memoirs", som undersökte de problem som forskare och vetenskapsmän möter i universitetsmiljön [33] . Ämnen som diskuteras inkluderar: press på forskare att "aktivt publicera"; vikten av att forskare presenterar sina resultat entydigt i någon skriftlig publikation; svårigheter som beror på skillnader i kultur.
Sedan 2000 har Cokayne varit en regelbunden bidragsgivare till en uppsats med titeln "Goodday from the UK" [34] för Newsletter of the Australian Microscopy Society. Ett 30-tal artiklar har publicerats under en nästan tioårsperiod. De speglar hans syn på forskningens kostnader och fördelar, vetenskapliga konferensers roll, utmaningarna för unga forskare när det gäller att få akademiska positioner, nanoteknik, forskningsfinansiering och vetenskapliga publikationers etik, samt ämnen som är mer specifika för elektronmikroskopi.
I ett avsnitt beskriver Cokayne en situation där en plenarföreläsare från Royal Society hade en PowerPoint-presentationskrasch. Föreläsare var David Cokayne själv (även om han inte nämner detta i artikeln), och det var han som fick hålla ett föredrag om mikroskopi utan diabilder. Trots det blev föreläsningen en stor succé.
Citat från professor J.R. Lawrences uttalande till det akademiska rådet vid University of Sydney efter Davids död:
“Professor Cokayne ledde noggrant/uppmärksamt diskussionen om dessa ämnen [ca. forskningens och undervisningens karaktär över flera ämnesområden], bedömning av förhållandet mellan forskning och traditionella akademiska discipliner, såväl som kreativt vetenskapligt arbete över hela spektrumet av ny forskning som är tillgänglig vid den tiden. Detta har lett till en mycket bredare och mer tillfredsställande grund för forskningspolitik och utveckling vid universitetet.”
Professor Lawrence om Cockaynes bidrag till det akademiska rådets arbete:
“David var en informerad, kulturell entusiast och en nyckelmedlem i John Macks team av vice ordförande. Hans tydliga analys och utdrag var fast baserad på hans hängivenhet till de högsta akademiska intellektuella principerna och standarderna. Han brydde sig verkligen om och tänkte på akademisk forskning och undervisning och deras betydelse. Han gjorde ett stort bidrag till gruppens mellanmänskliga sammanhållning och, följaktligen, till effektiviteten hos Akademiska rådet och, i slutändan, hela universitetet.
Citerar från Sir P. Hirsch, författare till den biografiska artikeln om Cockayne:
"I en föreläsning ("George Adlington Syme's Ovation 1960") med titeln "The Education of Civilized Man" vid Royal Australasian College of Surgeons 1960, J.R. egenintresse, tolerant men ändå djärv, intelligent och stark i sina principer" (Darling 1960). Det beskriver David perfekt."
I ett brev till Joan Cockane efter Davids död noterade presidenten för Chinese Society of Electron Microscopists, professor Ze Zhang, och dess generalsekreterare, professor Xiaodong Han, att Cockane gjort betydande bidrag till samhället och utvecklingen av kinesisk elektronmikroskopi. Innan Cokaynes avgång kommenterade University of Sydney News:
"Sedan David kom ombord har institutionen för elektronmikroskopi vuxit till vad som kan beskrivas som universitetets "juvel" (se Ratinac 2008)