ולטר שוטקי

ולטר שוטקי
Walter Hans Schottky

ולטר שוטקי סביב 1920
ולטר שוטקי סביב 1920
לידה	23 ביולי 1886 ציריך, שווייץ
פטירה	4 במרץ 1976 (בגיל 89) פורשהיים, הרפובליקה הפדרלית של גרמניה
מקום קבורה	פרצפלד
מדינה	גרמניה המערבית
ענף מדעי	פיזיקה של מצב מוצק, מוליך למחצה, פליטת אלקטרונים, אלקטרוניקה, פיזיקה, הנדסת חשמל, מחקר ופיתוח
השכלה	אוניברסיטת פרידריך וילהלם אוניברסיטת וירצבורג
מנחה לדוקטורט	מקס פלאנק, היינריך רובנס
תארים	בוגר במדעים, דוקטור לפילוסופיה, פוסט דוקטורט
פרסים והוקרה	טבעת ארנסט ורנר פון סימנס (1965) מדליית קרל פרידריך גאוס (1962) מדליית יוז (1936)

וַלְטֶר שׁוֹטְקִי (בגרמנית: Walter Hans Schottky; 23 ביולי 1886 – 4 במרץ 1976) היה פיזיקאי גרמני שמילא תפקיד ראשוני מוקדם בפיתוח התיאוריה של תופעות פליטת אלקטרונים ויונים, המציא את הטטרודה ב-1915 בזמן שעבד בסימנס, המציא את מיקרופון הסרט ואת רמקול הסרט יחד עם ד"ר ארווין גרלך ב-1924, ובהמשך תרם תרומות משמעותיות רבות בתחומי התקני מוליכים למחצה, פיזיקה הנדסית וטכנולוגיה.

על שמו קרויים: אפקט שוטקי (פליטה תרמיונית, חשובה עבור טכנולוגיית שפופרת ריק), דיודת שוטקי (כאשר שכבת הדלדול המתרחשת בה נקראת מחסום שוטקי ), חללי שוטקי פגמי שוטקי במבנה גבישי, האנומליה של שוטקי (ערך שיא של קיבולת החום) ומשוואת מוט-שוטקי (גם "חוק מטען המרחב של לנגמיור-שוטקי"). הוא ערך מחקר על מנגנוני רעש חשמלי (רעש שוט), מטען מרחבי, במיוחד בשפופרות אלקטרונים, ושכבת המחסום במוליכים למחצה, שהיו חשובים לפיתוח של מיישרי זרם תחמוצת נחושת וטרנזיסטורים.

ראשית חייו

אביו של שוטקי היה המתמטיקאי פרידריך הרמן שוטקי (1851–1935). לשוטקי היו אחות ואח. אביו מונה לפרופסור למתמטיקה באוניברסיטת ציריך בשנת 1882, ושוטקי נולד ארבע שנים מאוחר יותר. לאחר מכן, המשפחה חזרה לגרמניה בשנת 1892, שם אביו קיבל מינוי באוניברסיטת מרבורג .

שוטקי סיים את לימודיו בגימנסיה שטגליץ בברלין בשנת 1904. הוא השלים את התואר הראשון בפיזיקה באוניברסיטת הומבולדט של ברלין בשנת 1908, והוא השלים את ה-PhD בפיזיקה באוניברסיטה זו בשנת 1912, ולמד אצל מקס פלאנק והיינריך רובנס , עם תזה בשם: "Zur relativtheoretischen Energetik und Dynamik" ("על אנרגטיקה ודינמיקה יחסותיות").

קריירה

טירת פרצפלד, שבה נוסדה בשנות הארבעים של המאה ה-20 מעבדת סימנס עבור קבוצת המחקר שוטקי.

לשם כתיבת עבודת הפוסט-דוקטורט של שוטקי הוא שהה באוניברסיטת פרידריך שילר בינה (1912–1914). לאחר מכן הרצה באוניברסיטת וירצבורג (1919–1923). הוא מונה לפרופסור לפיזיקה תאורטית באוניברסיטת רוסטוק (1923–1927). במשך שתי תקופות זמן ניכרות עבד שוטקי במעבדות המחקר של סימנס (1914–1919 ו-1927–1958).

קבוצת המחקר שלו עברה ב-1943 לפרצפלד בפרנקוניה עילית במהלך מלחמת העולם השנייה. זה היה גם הגורם להקמת מעבדת מוליכים למחצה של סימנס-שוקרט בטירת פרצפלד ב-1946 עד 1955, לאחר מכן עבד בארלנגן עד 1958. שוטקי התגורר בפרצפלד עד מותו ב-1976, שם הוא גם נקבר.

המצאות

בשנת 1924, שוטקי המציא את מיקרופון הסרט יחד עם ארווין גרלך. הרעיון היה שסרט מתכת דק מאוד תלוי בשדה מגנטי יכול ליצור אותות חשמליים. זה הוביל להמצאת רמקול הסרט על ידי שימוש בו בסדר הפוך, אבל זה לא היה מעשי עד שמגנטים קבועים בעלי שטף גבוה הפכו לזמינים בסוף שנות ה-30 של המאה ה-20.

הישגים מדעיים גדולים

ב-1914 פיתח שוטקי את הנוסחה הקלאסית הידועה, הכתובה כאן כ:

$E_{\rm {int}}(x)=-{\frac {q^{2}}{16\pi \epsilon _{0}{x}}}$.

נוסחה זו מחשבת את אנרגיית האינטראקציה בין מטען חשמלי נקודתי q למשטח מתכת שטוח, כאשר המטען נמצא במרחק x מהמשטח. בשל שיטת הגזירה שלה, אינטראקציה זו נקראת "אנרגיה פוטנציאלית של דמות" (דמות PE). שוטקי ביסס את עבודתו על עבודה קודמת של לורד קלווין המתייחסת לדמות PE לכדור. דמות PE של שוטקי הפכו לרכיב סטנדרטי במודלים פשוטים של מחסום התנועה, M(x), הנחווה על ידי אלקטרון בהתקרבות למשטח מתכת או ממשק מתכת-מוליך למחצה מבפנים. ((M(x זה הוא הכמות המופיעה כאשר משוואת שרדינגר החד-ממדית, החד-חלקיקית, נכתבת בצורה

${\frac {d^{2}}{dx^{2}}}\Psi (x)={\frac {2m}{\hbar ^{2}}}M(x)\Psi (x).$

כאן $\hbar$ הוא קבוע פלאנק מופחת, ו-m הוא מסת האלקטרונים.)

דמות PE משולבת בדרך כלל עם מונחים המתייחסים לשדה חשמלי F ולגובה h (בהיעדר שדה כלשהו) של המחסום. זה מוביל לביטוי הבא עבור התלות של אנרגיית המחסום במרחק x, הנמדד מ"המשטח החשמלי" של המתכת, אל ריק או אל מוליך למחצה:

$M(x)=\;h-eFx-e^{2}/4\pi \epsilon _{0}\epsilon _{r}x\;.$

כאן, e הוא מטען חיובי אלמנטרי, ε₀ הוא קבוע חשמלי ו-ε_r הוא מקדם דיאלקטריות הריק של התווך השני (=1 עבור ריק). במקרה של ממשק מתכת-מוליך למחצה , זה קרוי מחסום שוטקי ; במקרה של ממשק מתכת-ריק, זה נקרא לפעמים מחסום שוטקי-נורדהיים . בהקשרים רבים, יש לקחת h שווה ל-פונקציית העבודה φ המקומית.

מחסום שוטקי-נורדהיים (מחסום SN) זה מילא תפקיד חשוב בתיאוריות של פליטה תרמיונית ושל פליטת אלקטרונים בשדה. הפעלת השדה גורמת להורדת המחסום, ובכך משפרת את זרם הפליטה בפליטה תרמית. זה קרוי "אפקט שוטקי ", ומשטר הפליטה המתקבל נקרא "פליטת שוטקי".

בשנת 1923 שוטקי הציע (באופן שגוי) שהתופעה הניסיונית שנקראה אז פליטה אוטו-אלקטרונית וכיום נקראת פליטת אלקטרונים בשדה נוצרה כאשר המחסום ירד לאפס. למעשה, ההשפעה נובעת ממנהור מכני-גלי, כפי שהוצגו על ידי ראלף פאולר ולוטר וולפגנג נורדהיים בשנת 1928. אבל מחסום SN הפך כעת למודל הסטנדרטי של מחסום המנהור.

מאוחר יותר, בהקשר של התקני מוליכים למחצה , הוצע כי מחסום דומה צריך להתקיים במפגש של מתכת ומוליך למחצה. מחסומים כאלה ידועים כיום כמחסומי שוטקי , והשיקולים חלים על העברת אלקטרונים על פניהם המקבילים לשיקולים המוקדמים יותר של האופן שבו אלקטרונים נפלטים ממתכת לריק. (בעיקרון, קיימים מספר משטרי פליטה, עבור שילובים שונים של שדה וטמפרטורה. המשטרים השונים נשלטים על ידי נוסחאות מקורבות שונות).

כאשר בודקים את כל ההתנהגות של ממשקים כאלה, נמצא שהם יכולים לפעול (באופן אסימטרי) כצורה מיוחדת של דיודה אלקטרונית, הנקראת כיום דיודת שוטקי . בהקשר זה, ממשק מתכת-מוליכים למחצה ידוע כ"מגע שוטקי מיישר ".

תרומותיו של שוטקי במדעי פני השטח/אלקטרוניקה פליטה ובתאוריית התקני מוליכים למחצה מהוות כעת חלק משמעותי ונרחב מהרקע לנושאים אלה. אפשר אולי לטעון כי – אולי משום שהם בתחום הפיזיקה ההנדסית – הם אינם מוכרים באופן כללי כפי שהם צריכים להיות.

פרסים

הוא זכה במדליית יוז של החברה המלכותית בשנת 1936 על גילויו של רעש שוט (שינויי זרם ספונטניים בשפופרות פריקה בוואקום גבוה, שנקראו על ידו "אפקט שרוט": פשוטו כמשמעו, "אפקט הזריקה הקטנה") בפליטה תרמיונית וההמצאה שלו, של הטטרודה ושל שיטת סופרהטרודין לקבלת אותות אלחוטיים.

בשנת 1962 הוענקה לו מדליית קרל-פרידריך-גאוס.

בשנת 1964 הוא קיבל את טבעת ורנר פון סימנס לכבוד עבודתו פורצת הדרך על ההבנה הפיזית של תופעות רבות שהובילו למכשירים טכניים רבים וחשובים, ביניהם מגבר מנורות ומוליכים למחצה.

מחלוקת

המצאת הסופרהטרודין מיוחסת בדרך כלל לאדווין ארמסטרונג. עם זאת, שוטקי פרסם מאמר ב-Proceedings of the IEEE שעשוי להצביע על כך שהוא המציא ורשם פטנט על משהו דומה בגרמניה ב-1918. הצרפתי לוסיין לוי רשם פטנט מוקדם יותר מאשר ארמסטרונג או שוטקי, ובסופו של דבר הפטנט שלו הוכר בארצות הברית ובגרמניה.

הנצחות

מכון ולטר שוטקי בגרכינג ליד מינכן

על שמו נקראים מכון ולטר שוטקי למחקר מוליכים למחצה של האוניברסיטה הטכנית של מינכן ופרס ולטר שוטקי על הישגים יוצאי דופן בפיזיקה של מצב מוצק. על שמו נקראים גם בית ולטר שוטקי של RWTH אוניברסיטת אאכן ובניין ולטר שוטקי Walter Schottky של האוניברסיטה הטכנית של נירנברג של המדעים היישומיים בנירנברג. "מכון פראונהופר למערכות משולבות וטכנולוגיות מכשירים" ממוקם ברחוב שוטקי בארלנגן. על שמו נקראים גם בית הספר היסודי ולטר שוטקי ורחוב ולטר שוטקי בפרצפלד.

כתביו

• Thermodynamik, Julius Springer, Berlin, Germany, 1929.
• Physik der Glühelektroden, Akademische Verlagsgesellschaft, Leipzig, 1928.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא ולטר שוטקי בוויקישיתוף

• ולטר שוטקי, באתר פרויקט הגנאלוגיה במתמטיקה

• "Walter Schottky - Biography, Facts and Pictures". Famous Scientists. נבדק ב-20 ביולי 2024. {{cite web}}: (עזרה)
• Biography of Walter H. Schottky
• Walter Schottky Institut
• Walter H. Schottky in the German National Library catalogue
• Reinhard W. Serchinger: Walter Schottky – Atomtheoretiker und Elektrotechniker. Sein Leben und Werk bis ins Jahr 1941. Diepholz; Stuttgart; Berlin: GNT-Verlag, 2008.