Σαν σήμερα... 1925, γεννήθηκε ο Ιάπωνας νομπελίστας φυσικός Leo Esaki.

Reona (Leo) Esaki

Σαν σήμερα, στις 12 Μαρτίου 1925, γεννήθηκε στην Takaida-mura (σήμερα: Higashiōsaka City), στην Οσάκα της Ιαπωνίας, ο Reiona Esaki (ιαπωνικά:江崎 玲於奈) πιο γνωστός ως Leo Esaki (Λίο Εσάκι ή πιο σωστά Έσεκι). Ο Εσάκι  είναι γνωστός για την εφεύρεση της διόδου Εσάκι και υπήρξε πρωτοπόρος στα υπερπλέγματα ημιαγωγών. 

Γονείς του Λίο ήταν ο αρχιτέκτονας Soichiro Esaki και η Niyoko Ito.

Ο Εσάκι μεγάλωσε στο Κιότο. Φοίτησε στο γυμνάσιο Doshisha και στη συνέχεια στο Τρίτο Γυμνάσιο (Third Higher School, ισοδύναμο με το σημερινό κατώτερο κολέγιο-το 1949 εντάχθηκε στο Πανεπιστήμιο του Κιότο) στο Κιότο. Αφού τελείωσε τις σπουδές του εκεί, γράφτηκε στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο για να σπουδάσει Φυσική. Το 1947 πήρε το δίπλωμα B.Sc κι αποφάσισε να ασχοληθεί με τη βιομηχανική έρευνα, αντί να ακολουθήσει πανεπιστημιακή καριέρα, γιατί επιθυμούσε να συμμετάσχει αποτελεσματικά στη διαδικασία ανοικοδόμησης της κατεστραμμένης από τον πόλεμο Ιαπωνίας.    

Η είσοδος του Τρίτου Γυμνασίου στο Κιότο.

Από το 1947 έως το 1960 ο Εσάκι εργάστηκε στις εταιρείες Kawanishi (τη σημερινή Denso Ten ή Fujitsu Ten) και στην Tokyo Tsushin Kogyo (γνωστή σήμερα ως Sony). Σ' αυτή την εταιρεία βρισκόταν το 1957, όταν ανακάλυψε την πρώτη συσκευή κβαντικών ηλεκτρονίων, τη δίοδο σήραγγας. 

Εκείνη την εποχή, οι Αμερικανοί John Bardeen, Walter Brattain και William Shockley είχαν ήδη ανακαλύψει το τρανζίστορ και αυτό έσπρωξε τον Εσάκι να αλλάξει αντικείμενο ερευνών στην εταιρεία Sony. Aπό τους σωλήνες κενού που ασχολείτο μέχρι τότε, στράφηκε στην μελέτη των ημιαγωγών γερμανίου και πυριτίου με προσμίξεις.

Το γνήσιο σήμα της εταιρείας Tokyo Tsushin Kogyo Corporation.

Δουλεύοντας συνειδητοποίησε ότι όταν η σύνδεση p-n (πρωτόνιο-νετρόνιο) στο γερμάνιο αποκτά πολύ μικρό πλάτος, παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα λόγω του φαινομένου σήραγγας. Δηλαδή ανακάλυψε ότι καθώς η ηλεκτρική τάση αυξάνεται, το ρεύμα μειώνεται, παρουσιάζοντας αρνητική αντίσταση. Αυτή η ανακάλυψη του Εσάκι υπήρξε η πρώτη στην ιστορία της φυσικής εμφάνιση φαινομένου σήραγγας σε στερεό και σηματοδότησε τη δημιουργία νέων ηλεκτρονικών διατάξεων, γνωστών ως διόδων Εσάκι ή διόδων (φαινομένου) σήραγγας. Το 1959 ο Εσάκι πήρε το διδακτορικό του από το Πανεπιστήμιο του Τόκιο, με θέμα το ίδιο φαινόμενο.

Οι δίοδοι αποτελούν τη ραχοκοκκαλιά του σύγχρονου κόσμου της ηλεκτρονικής χάρις στην ιδιότητά τους να ρυθμίζουν τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος με την εφαρμογή μιας τάσης. Η πολύπλοκη συμπεριφορά των διόδων σήραγγας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αντικαταστήσει κάποια κυκλώματα κι έτσι να απλοποιήσει την κατασκευή των τσιπ των ηλεκτρονικών υπολογιστών. 

Ο Λίο Εσάκι όταν εργαζόταν στο
 Εργαστήριο της Tokyo Tsushin Kogyo.

Ας πούμε κάποιες παραπάνω λεπτομέρειες για την ανακάλυψη της διόδου σήραγγας από τον Εσάκι.

Εκείνα τα χρόνια η εταιρεία Tokyo Tsushin Kogyo (Sony) ήθελε να ρίξει στην αγορά ραδιόφωνα λήψης βραχέων κυμάτων και FM με τρανζίστορ, που θα είχαν ανταγωνιστικές τιμές με τα αμερικάνικα. Ο Kazuo Iwama, τότε επικεφαλής του τμήματος ημιαγωγών της εταιρείας, ήταν ενθουσιασμένος με το νέο τρανζίστορ που είχε δημιουργήσει ο Tetsuo Tsukamoto, με το όνομα 2T7 και ήταν έτοιμος να δώσει εντολή για τη μαζική παραγωγή του. Όμως παρουσιάστηκε ένα πρόβλημα κατά τη σύνδεση του καλωδίου μολύβδου στη βάση του τρανζίστορ. Το ποσοστό απόδοσης του τρανζίστορ ήταν μικρότερο από 10%. Για μέρες, όλοι οι μηχανικοί της εταιρείας είχαν κινητοποιηθεί για να λύσουν το πρόβλημα, αλλά η παραγωγή παρέμενε στάσιμη. Δημιουργήθηκε μια ειδική ομάδα  για να ερευνήσει την αιτία του ελαττώματος στο 2T7. Για να προσφέρουν βοήθεια, από το Τμήμα Ερευνών κλήθηκε ο Λίο Εσάκι, μαζί με τον φοιτητή Yuriko Kurose και τον εκπαιδευόμενο Takashi Suzuki που θα βοηθούσαν στη λήψη των μετρήσεων.

 Δίοδος Εσάκι ή δίοδος σήραγγας (1N3716).

Περίπου ένα μήνα μετά την έναρξη των μετρήσεων, ο Suzuki παρατήρησε ένα παράξενο φαινόμενο στους κρυστάλλους φωσφόρου υψηλής συγκέντρωσης. Γενικά, όταν εφαρμοζόταν τάση σε μια δίοδο σύνδεσης p-n, το ρεύμα είχε την τάση να ρέει προς τα εμπρός, χωρίς ουσιαστικά καμία ροή στην αντίστροφη κατεύθυνση. Όταν όμως ο Suzuki τοποθετούσε τις μετρήσεις σε γραφική παράσταση, διαπίστωνε ότι στην αντίστροφη κατεύθυνση εμφανίζονταν μεγαλύτερα ρεύματα και εμφανιζόταν μια καμπύλη με ασυνήθιστη κορυφή για την κατεύθυνση προς τα εμπρός. Επανέλαβε τις μετρήσεις αρκετές φορές ακόμα, με τα ίδια αποτελέσματα. Έτσι, αναφέρθηκε στον Εσάκι. Στην αρχή και ο Εσάκι νόμιζε ότι ήταν κάποιο λάθος, αλλά οι επανειλημμένες δοκιμές έδειξαν ότι δεν υπήρχε λάθος.

Η 1η σελίδα από την εργασία που υπέβαλλαν
οι Esaki και Kurose στον Οργανισμό FPO
για να πάρουν πατέντα για την δίοδο Εσάκι.

Αφού ανακάλυψαν ότι το ελαττωματικό 2T7 θα μπορούσε να διορθωθεί μειώνοντας τη συγκέντρωση φωσφόρου κάτω από ορισμένα επίπεδα, η Sony ήταν σε θέση να παράγει ένα τρανζίστορ υψηλής ποιότητας. Όμως ο Εσάκι ήθελε να προσδιορίσει την αιτία της εμφάνισης αρνητικής αντίστασης (αυτό αντιπροσώπευε η κορυφή στο γράφημα) κι έτσι ήταν ο πρώτος που συνέδεσε αυτό που συνέβαινε με το κβαντικό "φαινόμενο σήραγγας".

Μετά την διεξαγωγή πολυάριθμων πειραμάτων και τη σταθερή συγκέντρωση δεδομένων, η ομάδα του Εσάκι ήταν τελικά σε θέση να παράγει έναν νέο τύπο δίοδου με αρνητική αντίσταση στην οποία το ρεύμα μειωνόταν καθώς η τάση αυξανόταν. Το φθινόπωρο του 1957, ο Εσάκι με την ομάδα του ανακοίνωσαν αυτή την ανακάλυψη στην διεθνή επιστημονική κοινότητα. Τον επόμενο χρόνο, τα ευρήματα αυτά με τίτλο "New Phenomenon in Narrow Germanium p−n Junctions" δημοσιεύθηκαν στο αμερικάνικο περιοδικό φυσικής PHYSICAL REVIEW (τ.109, σελ.603 – 15 Ιανουαρίου 1958) και ανακοινώθηκαν στο Διεθνές Συνέδριο Φυσικής Στερεάς Κατάστασης που πραγματοποιήθηκε στις Βρυξέλλες. Παρά το γεγονός ότι η ανακάλυψη έτυχε θερμής υποδοχής, οι ιαπωνικοί επιστημονικοί και βιομηχανικοί κύκλοι ουσιαστικά την αγνόησαν εκείνη την εποχή.

Ο Λίο Εσάκι καθώς προσαρμόζει τον
εξοπλισμό που απαιτείται
για την ανακάλυψη ενός νέου φυσικού
αποτελέσματος με το βισμούθιο.
(AIP Emilio Segrè Visual Archives,
Physics Today Collection)

Το 1959, ο Λίο Εσάκι παντρεύτηκε την Masako Araki. Γνωρίστηκαν στην Sony όπου η Masako εργαζόταν ως βοηθός του προϊσταμένου του τμήματος εξαγωγών. Το ζευγάρι απέκτησε τρία παιδιά, την Nina Yvonne, την Anna Eileen και τον Eugene Leo.

Το 1960, ο Λίο Εσάκι παρακινούμενος από την περιέργειά του για την αμερικανική εφευρετικότητα και ίσως το αμερικανικό όνειρο, εγκαταστάθηκε στις ΗΠΑ, όπου εργάσθηκε στο Ερευνητικό Κέντρο "Thomas J. Watson" της IBM. Όταν εγκαταστάθηκε στις ΗΠΑ, άλλαξε το όνομά του σε "Leo". Μια προσφορά από την IBM να γίνει μόνιμος σύμβουλος, επέκτεινε αυτό που επρόκειτο να είναι μια επίσκεψη ενός έτους, σε μια διαμονή που διήρκεσε τελικά 31 χρόνια. Το 1967 ονομάστηκε IBM Fellow (συνεργάτης της IBM).

Η υπογραφή του Λίο Εσάκι.

Το 1970 ο Εσάκι έκανε την πρώτη του δημοσίευση για το υπερπλέγμα (superlattices) ημιαγωγών, δηλαδή περιοδικές δομές στρώσεων από δύο ή περισσότερα διαφορετικά υλικά. Με τη μέθοδο "molecular beam epitaxy" μπορούσε να δημιουργηθεί η ανάπτυξη κρυστάλλων λεπτής επίστρωσης με αρκετή ακρίβεια σε "υψηλό" κενό αέρα. Σύμφωνα με τον ίδιο τον Εσάκι "Η αρχική εκδοχή της εργασίας απορρίφθηκε όταν υποβλήθηκε για δημοσίευση στο Physical Review, εξαιτίας του κριτή, ο οποίος, επειδή δεν είχε φαντασία, την έκρινε ως υπερβολικά ανεδαφική και ότι δεν περιείχε νέα φυσική. Ωστόσο η ίδια πρόταση έγινε γρήγορα δεκτή από το Γραφείο Ερευνών του Στρατού..."

Το 1972 ο Εσάκι εφάρμοσε την επινόηση των υπερπλεγμάτων σε ημιαγωγούς των ομάδων III-V του περιοδικού πίνακα και αργότερα η ιδέα αυτή επηρέασε πολλές περιοχές της επιστήμης υλικών, όπως τα μέταλλα και τα μαγνητικά υλικά. 

Το 1973, ο Λίο Εσάκι μοιράστηκε με τον Σουηδό Ivar Giaever το μισό βραβείο Νόμπελ Φυσικής "για τις επιστημονικές τους ανακαλύψεις σχετικά με το φαινόμενο σήραγγας σε ημιαγωγούς και υπεραγωγούς, αντίστοιχα". Το άλλο μισό Βραβείο Νόμπελ πήρε ο Ουαλός Brian David Josephson "για τις θεωρητικές προβλέψεις του των ιδιοτήτων ενός υπερρεύματος δια μέσου ενός φράγματος σήραγγας, ιδιαίτερα εκείνα τα φαινόμενα που είναι γενικά γνωστά ως αποτελέσματα Josephson".

Ο Λίο Εσάκι με την πρώτη σύζυγό του 
Masako Araki στο σπίτι τους στην  
Chappaqua της Ν. Υόρκης.
(gettyimages)

Το 1986 ο Εσάκι παντρεύτηκε την Masako Kondo.

Το 1991 ο Εσάκι κέρδισε το Μετάλλιο Τιμής του IEEE "για την συνεισφορά και την καθοδήγηση των ερευνών στο φαινόμενο σήραγγας, τα υπερπλέγματα ημιαγωγών και τα κβαντικά φρεάτια". 

Το 1992 ο Εσάκι επανεγκαταστάθηκε στην Ιαπωνία και υπηρέτησε ως πρόεδρος του Πανεπιστημίου Tsukuba (1993 - 1999) και του Ινστιτούτου Τεχνολογίας Shibaura (2000 - 2005).

Το 1998 κέρδισε το Βραβείο Ιαπωνίας "για τη δημιουργία και την ιδέα των τεχνητών κρυστάλλων υπερπλέγματος, που οδήγησε στην παραγωγή νέων υλικών με χρήσιμες εφαρμογές".

Ο Λίο Εσάκι σε συνάντηση στο Lindau.

Το 2006 έγινε πρόεδρος του ιδιωτικού Κολεγίου Φαρμακολογίας στη Γιοκοχάμα, που μόλις είχε ξεκινήσει τη λειτουργία του.

Μετά τον θάνατο του νομπελίστα φυσικού Yoichiro Nambu το 2015, ο Λίο Εσάκι είναι ο γηραιότερος Ιάπωνας, κάτοχος βραβείου Νόμπελ.

Εκτός από τα επιστημονικά του επιτεύγματα, ο Εσάκι βοήθησε επίσης στην κατανόηση της Ιαπωνίας για τη Δύση και αντίστροφα. Μέσα από τα πνευματώδη δοκίμια του, βοήθησε να γεφυρωθεί το χάσμα μεταξύ των δύο πολιτισμών που ο ίδιος, ως επιστήμονας υπηρέτησε με ένα πόδι σε κάθε έναν από αυτούς.

Εκτός αυτών που ανέφερα, έχει τιμηθεί με ένα μεγάλο αριθμό βραβείων και διακρίσεων από πλήθος χωρών και οργανισμών. Είναι Διευθυντής της IBM-Ιαπωνίας, μέλος της Ιαπωνικής Ακαδημίας, Διευθυντής του Ιδρύματος Επιστημών Yamada και αναπληρωτής καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Waseda.

Ο Λίο Εσάκι με την σύζυγό του Masako Kondo 
συναντά στο CERN τον Γενικό Διευθυντή του 
 Οργανισμού, καθηγητή Luciano Maiani.
(20 Μαΐου 1999)

Στη Συνάντηση των βραβευμένων με Νόμπελ στο Lindau της Γερμανίας το 1994, ο Εσάκι πρότεινε τον παρακάτω κατάλογο των 5 "μη", που θα έπρεπε να συμβουλεύεται ο καθένας για την ανάδειξη των δημιουργικών δυνατοτήτων του. Δύο μήνες αργότερα, ο πρόεδρος της Επιτροπής Νόμπελ για τη Φυσική Carl Nordling συμπεριέλαβε τον κατάλογο στη δική του ομιλία.

• Μην αφήνεις τον εαυτό σου να παγιδευθεί από τις εμπειρίες του παρελθόντος.

• Μην επιτρέπεις στον εαυτό σου να προσδένεται ολοκληρωτικά σε καμιά αυθεντία στο πεδίο σου.

• Μην επιμένεις σε αυτό που δεν χρειάζεσαι.

• Μην αποφεύγεις την αντιπαράθεση.

• Μην ξεχνάς το πνεύμα της παιδικής σου περιέργειας.

Ευχετήρια κάρτα για το 2021 από το ζεύγος Leo & Masako Esaki.
(nobelprize-museum)

• Συνέντευξη του Λίο Εσάκι το 2004, στο The Vega Science Trust (αγγλικά, 8:16).

• Άρθρο στο περιοδικό Nature (τ.464, σελ. 31) με τίτλο "Esaki diode is still a radio star, half a century on" ("Η δίοδος Εσάκι είναι ακόμη ένα ραδιοφωνικό αστέρι, εδώ και μισό αιώνα") των Leo Esaki, Yasuhiko Arakawa και Masatoshi Kitamura (3 Μαρτίου 2010).

• Η πατέντα για την δίοδο Εσάκι (Reona Esaki και Yuriko Kurose) από από τον Αμερικάνικο Οργανισμό FPO.

• Η ανακοίνωση στον Τύπο της Βασιλικής Ακαδημίας Επιστημών της Σουηδίας για το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής 1973 (23 Οκτωβρίου 1973).

• Η ομιλία του Λίο Εσάκι για το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής 1973 (12 Δεκεμβρίου 1973).

• Συνέντευξη του Λίο Εσάκι στη δημοσιογράφο Marika Griehsel, στην 54η συνάντηση των κατόχων Νόμπελ στο Lindau της Γερμανίας, τον Ιούνιο του 2004.

• Ομιλία του Λίο Εσάκι στην 4th HOPE Meeting στις 7 Μαρτίου 2012 (αγγλικά, 1:17:15).

• Ομιλία του Λίο Εσάκι στην 5th HOPE Meeting στις 1 Μαρτίου 2013 (αγγλικά, 1:01:52).

Πηγή: Today in Science History,   sciam,    webarchive,    webarchive(1),    Sony History