Tamo ga u svijet kvantne mehanike uvodi Friedrich Hermann Hund, nevjerojatno talentiran kvantni fizičar koji je doktorirao kod Maxa Borna i radio s velikanima kvantne teorije kao što su Erwin Schrödinger, Paul Dirac, Niels Bohr te Werner Heisenberg, a svoj doprinos ostavio je u razumijevanju struktura molekula, elektronskih konfiguracija atoma (Hundovo pravilo), kvantnog tuneliranja (fenomena do kojeg je prvi teorijski došao). Inspirativni Hund je mladom Kroemeru u drugom semestru predavao termodinamiku. Hund je na predavanjima tvrdio da je prirodan put u kvantnu mehaniku preko termodinamike, a ne spektroskopije, a Kroemer će kasnije priznati da godinama nije prihvaćao tu tezu, sve dok nije pročitao Einsteinove originalne radove i uvjerio se da je zaista tako.

Studiranje u Jeni uskoro je postalo neizdrživo zbog političke represije u DDR-u. Kroemer je svjedočio kako bi svaki tjedan netko od njegovih kolega jednostavno nestao, te se nije znalo “je li pobjegao na Zapad, ili je završio u nekoj od istočnonjemačkih verzija Gulaga, kao što su rudnici uranija na granici s Češkom.” Dok je za vrijeme Berlinske blokade bio na praksi u Siemensu u Berlinu, kao i mnogi Nijemci koji nisu mogli živjeti pod komunističkom diktaturom iskoristio je priliku za bijeg u Zapadnu Njemačku te se sakrio u prazan avion koji se vraćao u zapadni Berlin i nastavio studij na Sveučilištu u Göttingenu, gdje je 1952. doktorirao teorijsku fiziku (poluvodička fizika) kod Richarda Beckera.

Becker je također priča za sebe, možda i jedinstvena: nakon što je 1909. godine na Sveučilištu u Freiburgu doktorirao zoologiju kod Augusta Weismanna, jednog od najutjecajnijih evolucijskih biologa, inspiriran predavanjem slavnog fizičara Arnolda Sommerfelda na Sveučilištu „Ludwig Maximilian“ u Münchenu uhvatio se teorijske fizike pritom slušajući Einsteinova i Bornova predavanja, a jedno je vrijeme radio i kao asistent Fritzu Haberu. Naposljetku je 1922. godine doktorirao na Humboldtovom sveučilištu u Berlinu pod mentorstvom Maxa Plancka.

Nakon doktorata Kroemer se zapošljava u Središnjem uredu za telekomunikacijske tehnologije Njemačke pošte, na poziciji koju sam naziva „primijenjeni teoretičar“. Godine 1954. seli u SAD gdje prvo radi na raznim istraživačkim pozicijama na Sveučilištu Princeton i u Palo Altu. Od 1968. predaje fiziku na Sveučilištu Colorado, a 1976. premjestio se na Sveučilište u Kaliforniji u Santi Barbari.

U ožujku ove godine, prof. dr. sc. Dubravko Babić s Fakulteta elektrotehnike i računarstva, koji je magistrirao kod Kroemera 1985. godine na temu poluvodičkih heterostruktura, šalje nam poruku 'Društvo, moj mentor je prestao istraživati!' prenoseći nam informaciju da nas je Herbert Kroemer napustio u 95-oj godini.

Profesor Babić ispričat će kakav je kao osoba bio Herbert Kroemer na predavanju ‘Kako sam diplomirao kod nobelovca Herberta Kroemera’ koje će se održati u utorak, 4. lipnja, na FER-u u dvorani B3 s početkom u 17 sati. Kao pripremu za predavanje pitali smo profesora da nam kroz kratki intervju predstavi svog mentora. Stoga se pripremite na informacije koje nećete naći na Wikipediji i sličnim medijima:

Profesore Babiću, možete li nam pojasniti Kroemerov doprinos fizici?

Kroemer se već pedesetih godina prošloga stoljeća počeo baviti poluvodičkim heterospojevima: slojevitim strukturama različitih poluvodiča međusobno spojenih u jedan kontinuirani kristal. Kombiniranje više složenih poluvodiča u jedan elektronički ili optoelektronički element daje novu dimenziju u dizajnu funkcionalnosti ili performansi. S jednim poluvodičem kao što je silicij bilo je moguće izraditi elektroničke komponente za računala i niskofrekventne komunikacijske komponente, ali mi danas ne možemo bez složenih poluvodiča kao što su galijev arsenid, indijev fosfid, galijev nitrid, i heterostruktura sa spomenutim poluvodičima koje su u pozadini poluvodičkih lasera, svjetlosnih dioda i mikrovalne elektronike. Herbert Kroemer je napravio temeljni doprinos time što je predložio niz promjena u elektroničkim i optičkim elementima korištenjem složenih poluvodiča i heterospojeva. Tu su najznačajniji primjeri heterospojni bipolarni tranzistor i heterospojni poluvodički laser koji je predložio istovremeno s ruskim fizičarom Žoresom Alfjorovom, s kojim je podijelio Nobelovu nagradu 2000. godine.

Osnovna Kroemerova ideja je bila da se korištenjem naglih ili kontinuiranih promjena u sastavu poluvodiča unutar jednog elektroničkog ili optoelektroničkog elementa mogu dobiti nova svojstva i poboljšane performanse primarno time što se elektroni i šupljine unutar elektroničkog elementa mogu kontrolirati nezavisno, što nije moguće u bipolarnim elementima koji su izrađeni u jednom poluvodiču kao što je silicij. U slučaju heterospojnog bipolarnog tranzistora predložio je da se emiter radi od poluvodiča koji ima zabranjeni pojas veći od baze i time se supstancijalno povećava učinkovitost emitera i omogućuje visoko dopiranje baze. Ovakvi su tranzistori neizostavni u današnjim mobilnim telefonima. U slučaju heterospojnog lasera bilo je potrebno lokalizirati elektrone i šupljine na pn-spoju gdje trebaju jedni s drugima rekombinirati da bi generirali svjetlo. To je gotovo nemoguće izvesti učinkovito sa strukturama u jednom poluvodiču jer tamo elektroni i šupljine difuzijom putuju svako na svoju stranu. Kroemer predlaže da se tadašnji PN spoj proširi na način da se između poluvodičkih “P” i "N” slojeva, koji imaju širi zabranjeni pojas, stavi nedopirani sloj “I” koji ima manji zabranjeni pojas i time elektroni i šupljine u “I” sloju vide “P” i “N” kao barijere te se onda zadržavaju u svojevrsnoj jami. Na taj način uspijevamo zarobiti elektrone i šupljine u određeni dio prostora i dolazi do rekombinacije koju koristimo za generiranje i pojačanje svjetla. Ta tehnologija omogućila je komercijalizaciju poluvodičkih lasera, optičke komunikacije i time prekooceanski internet.

Kako je Kroemer došao u Santa Barbaru?

Fakultet elektrotehnike (Department of electrical and computer engineering) na kalifornijskom sveučilištu u Santa Barbari osnovan je ranih 60-ih godina prošlog stoljeća. Među prvim profesorima koji su došli bili su velikani radiofrekvencijske i mikrovalne tehnologije prof. George Matthaei i prof. Glen Wade. Dekan prof. James Logan Merz je počeo graditi poluvodički dio zavoda i uspijeva zaposliti Herberta Kroemera 1978. godine da formiraju poseban fokus za poluvodiče. Unatoč tome što su u to vrijeme gotovo svi radili na silicijskim tehnologijama, Kroemer se hvata složenih poluvodiča, odnosno poluvodiča koji su sastavljeni od dva i više atoma. Tim korakom, Kroemer je odredio budući smjer fakulteta elektrotehnike u Santa Barbari i omogućio ono što je taj fakultet danas – centar za optoelektroniku i visokofrekvencijsku elektroniku.

A kako ste Vi završili na magisteriju kod Kroemera?

Došao sam u jesen 1982. godine i u prvom semestru sam slušao Uvod u kvantnu mehaniku kod profesora Franka Ordunga, a nakon toga dva kvartala Inženjersku kvantnu mehaniku koju je predavao Herbert Kroemer. Saznao sam da Kroemer ima laboratorij sa MBE (eng. molecular beam epitaxy) uređajem i oko pet asistenata, pa sam mu prišao nakon položenog kolegija i rekao da želim da mi bude mentor. Kroemer se nasmijao i objasnio mi da stvari tako ne funkcioniraju u SAD-u, naime mentor bira studenta, a ne obratno, no nadodao je kako je već odlučio da me pita da radim s njim.

Što ste točno istraživali u Kroemerovoj grupi?

U to vrijeme, jedno od osnovnih pitanja bilo je koliki su diskontinuiteti u vodljivom ili valentnom pojasu na heterospojevima kad se kombiniraju različiti složeni poluvodiči. Vjerojatno najzanimljiviji materijal je bio AlGaAs, legura aluminija, galija i arsena. Taj energetski diskontinuitet važan je parametar za dizajn elektroničkih i optoelektroničkih elemenata. Kroemer i njegov bivši doktorand Wu-Yi Chien su osmislili novu metodu mjerenja diskontinuiteta koja se temeljila na mjerenju kapaciteta heterospoja. Moj zadatak bio je da prvo napišem program koji simulira mjerenje u FORTRAN-u i onda izvršim mjerenja na MBE uzorcima koje bi kolege u laboratoriju napravili. Konačni cilj bio je da izmjerim ovisnost diskontinuiteta vodljivog pojasa između GaAs i AlGaAs-a u ovisnosti o kompoziciji aluminija. Međutim, ovo se pokazalo mnogo težim nego što je isprva izgledalo: uzorci nisu bili najbolji, te sam imao velikih problema sa mjerenjima – jednostavno nisam dobivao razumne brojke.

Ipak, do kraja magisterija uspio sam riješiti niz problema koji su se pojavljivali u praktičnoj realizaciji. Vjerojatno najznačajniji je bio problem promjene dielektrične permitivnosti na heterospoju koji smo pri mjerenju (a i drugi koji su već koristili ovu metodu) ignorirali - pretpostavljali smo uniformnu dielektričnu permitivnost. Taj problem me je zaintrigirao i uspio sam teoretski pokazati da iako postoji promjena dielektrične permitivnosti na spoju njeni efekti se ponište iz rezultata mjerenja. To je Kroemera impresioniralo i predložio je da se taj rad objavi što je završilo s mojim prvim znanstvenim člankom - godina je 1985.

Kasnije je Kroemerov tim konačno uspio napraviti dobru heterostrukturu i pokazala se dobra usklađenost s mojim programom. To smo objavili 1987. godine kad sam ja već bio u industriji. Tu završava moja znanstvena suradnja sa Kroemerom, jer sam se nakon toga prebacio na optoelektroniku i odlučio napraviti doktorat u tom području, a Kroemer se nije bavio optikom.

Kakav je bio prema studentima?

Kroemer je volio da ga i studenti i profesori oslovljavaju sa “Herb”. Bio je direktan i korektan. Nije se libio direktno reći studentima, za koje bi zaključio da imaju poteškoća s praćenjem, da odu iz njegove grupe i prebace se kod nekoga drugoga. Mene je jednom prilikom istjerao iz sobe jer se razljutio kad je čuo neku glupost koju sam radio.

A kao predavač?

Jako je držao do kvalitete predavanja. Predavao je samo jedan kolegij: “ECE 211A/B Engineering quantum mechanics” koji je trajao dva kvartala, a bio je namijenjen diplomskim i doktorskim studentima koji su se planirali baviti elektroničkim i optoelektroničkim elementima. Postojali su ispiti i zadaće. Bilo nas je 14 upisanih i Herb je sam ispravljao zadaće. Još uvijek imam dvadesetak tih zadaća s njegovim komentarima: nije imao milosti.

Mislim da mi je Herb bio najteži predavač i ispitivač kojeg sam imao. Nisi mogao proći kolegij tek tako, jako smo se trudili oko tih zadaća. S druge strane njegova predavanja su bila izuzetno dobra jer je bio pedantan i fokusiran. Slušao sam njegov kolegij 1983. godine kad je već počeo pripremati knjigu: Quantum Mechanic For Engineering: Materials Science and Applied Physics koja je izašla 1994. godine.

Ta knjiga je interesantna s jednog pedagoškog aspekta. Naime, kako je Kroemer dugo godina radio na inženjerskom odsjeku kao teorijski fizičar, prilagodio je teoriju tako da studentima pokaže kako to treba izgledati s inženjerske točke gledišta. Prvo što je napravio bilo je da je izbacio analitičku mehaniku – u toj knjizi o kvantnoj ne spominje se hamiltonijan! U tom smislu je knjiga pristupačna inženjerima, iako ja nisam istomišljenik, ali u redu. Mene je kvantna intrigirala desetljećima pa sam devedesetih odslušao kvantnu na doktorskom studiju zavoda za fiziku na UCSB.

Na kraju, što biste izdvojili?

Glavnu stvar koju mislim da nas (njegove student) je Herb naučio je da one should never comprimise on the quality of work (hrv. nikada ne raditi kompromis na kvaliteti rada)!

Znate, imao je jak karakter i bio je uvjeren u kvalitetu toga što radi. Pričao mi je kako je u jednoj firmi s kojom je surađivao na istraživanju objasnio jednu novu ideju. Na kraju sastanka ga je jedan od menadžera upitao:

• Herb, shvaćam što govoriš, ali i dalje nisam siguran da je istraživanje toga vrijedno novaca.

Na što je Kroemer odgovorio:

• Ako je vrijedno moga vremena, onda treba biti vrijedno i vašeg novca!

Podsjetnik, profesor Babić održat će predavanje o svom mentoru Herbertu Kroemeru u utorak, 4. lipnja, na FER-u u dvorani B3 s početkom u 17 sati. Predavanje je otvoreno za sve zainteresirane.