Marc Cahay
Profesor
Universidad de Cincinnati
Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática
Cincinnati, Ohio, EE. UU.
Educación:
- Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Universidad Purdue, diciembre de 1987
- Maestría en Física, Universidad Purdue, diciembre de 1986
- Licenciatura en Física, Universidad de Lieja, Bélgica, julio de 1981
Enfoque de trabajo:
Marc imparte clases de Análisis de Redes, Electrónica, Sistemas Cuánticos y Computación Cuántica y realiza investigaciones en nanoelectrónica y microelectrónica de vacío.
Consejos para estudiantes:
“Muchos nuevos avances en nanotecnología abarcan cada vez más áreas tan diversas como las matemáticas, la física, la ingeniería, la ciencia de los materiales, la química e incluso la biología. Yo sugeriría a los estudiantes de secundaria que elijan su plan de estudios en consecuencia para abarcar la mayor cantidad posible de estas áreas”.
Enlaces:
Entrevista:
P: ¿En qué campos técnicos de la Nanotecnología se aplica mejor su trabajo?
Cahay:
- Nanoelectrónica
- Nanomateriales
- Modelado y Simulación
- Nanofabricación
- Nanomagnetismo
- Espintrónica
P: ¿Cuándo descubrió por primera vez que su carrera profesional se centraba en la nanotecnología?
Cahay: Después de unirme a la Universidad Purdue como estudiante de posgrado en 1983, pasé el verano de 1984 en el Centro de Investigación Amoco en Naperville-Illinois realizando investigaciones sobre el cálculo de la corriente a través de dispositivos a nanoescala (dispositivos de túnel resonante y superredes). En el otoño de 1984, me uní al grupo del profesor Datta en Purdue para seguir trabajando en este apasionante campo de investigación. El título de mi tesis doctoral es “Análisis mecánico cuántico de dispositivos ultrapequeños”. Desde entonces he investigado en nanoelectrónica.
P: ¿En qué aplicaciones actuales de nanotecnología está trabajando?
Cahay: Durante los últimos diez años, he estado trabajando en el campo de la espintrónica, modelando varios tipos de transistores de efecto de campo basados en espín. También he realizado algunos trabajos experimentales en espintrónica orgánica. Mi otra área de investigación involucra las mediciones y el modelado teórico de la emisión de campo de fibras y conjuntos de nanotubos de carbono.
P: ¿Qué es lo más gratificante de trabajar con nanotecnología?
Cahay: La nanociencia y la nanotecnología son campos en rápida expansión. Sigo recordando a mis alumnos que este es el Nanomillenium. Después de casi 36 años de investigación, todavía estoy entusiasmado con la nanotecnología porque casi semanalmente se descubren nuevos conceptos y áreas de investigación. Mantenerse competitivo es todo un desafío y la mejor manera de lograrlo es formar equipos para trabajar en nuevas áreas donde puede ser necesaria una combinación de conocimientos en ciencia de materiales, física, ingeniería, química y, a veces, biología. La colaboración parece ser el enfoque que sobrevive hoy en día.
P: ¿Hay algún ejemplo que pueda dar que muestre cómo algo en lo que ha trabajado ha impactado positivamente al mundo?
Cahay: Mi tesis doctoral versó sobre el modelado autoconsistente de dispositivos de túnel resonante. Algunos de los resultados se publicaron en un artículo titulado "Importancia de los efectos de la carga espacial en dispositivos de túneles resonantes", Appl. Física. Cartas 50 (10), págs. 612-614 (1987). Ha sido citado más de 175 veces como uno de los primeros cálculos mecánico-cuánticos autoconsistentes de las características corriente-voltaje de dispositivos a nanoescala teniendo en cuenta los efectos de la carga espacial. Este artículo sentó las bases para un conocido enfoque de modelado conocido popularmente como SEQUAL (Semiconductor Electrostatics by QUantum-mechanical AnaLysis) utilizado por universidades e industrias de todo el mundo. Ahora es un software gratuito disponible en el sitio web de nanohub patrocinado por la NSF en la Universidad Purdue y ha sido descargado innumerables veces por investigadores de todo el mundo.
P: ¿Cuál crees que es el mayor impacto que la nanotecnología ha tenido ya en el mundo?
Cahay: Uno de los primeros éxitos en nanotecnología se debió al descubrimiento del fenómeno de la magnetorresistencia gigante (GMR) observado en estructuras de película delgada compuestas de capas conductoras ferromagnéticas y no magnéticas alternadas a finales de los años 1980 por dos grupos independientes liderados por Albert Fert en Francia. y Peter Grünberg en Alemania. Por este importante descubrimiento recibieron el Premio Nobel de Física de 2007. Las aplicaciones de GMR incluyen el desarrollo de sensores de campo magnético utilizados para leer datos en discos duros, biosensores y sistemas microelectromecánicos (MEMS), entre otros. Las estructuras multicapa GMR también se utilizan en la memoria de acceso aleatorio magnetorresistiva (MRAM) como células que almacenan un bit de información. Estas son industrias de miles de millones de dólares en rápida expansión que impactan nuestra vida diaria.
P: Durante la última década, la nanotecnología salió del laboratorio y está teniendo un impacto real en la sociedad. ¿Ha trabajado en algún esfuerzo que haya ayudado a comercializar la nanotecnología y haya dado como resultado nuevos productos o procesos? Por favor proporcione un ejemplo.
Cahay: En los últimos años, he estudiado las características de emisión de campo de fibras de nanotubos de carbono que constituyen un nuevo tipo de cátodos fríos con aplicaciones en microscopía electrónica, litografía por haz de electrones, nuevas fuentes de rayos X, dispositivos electrónicos de vacío, fuentes de terahercios y alta -tubos de microondas de potencia. Recientemente, coedité un libro sobre "Materiales de superfibras de nanotubos: fabricación y comercialización".“ con M. Schulz, V. Shanov, J. Yin de la Universidad de Cincinnati, publicado por Elsevier en 2018.
P: ¿En qué áreas prevé que la futura comercialización de la nanotecnología tendrá el mayor impacto positivo en el mundo?
Cahay: Existe un creciente interés por nuevos tipos de sensores basados en nanopartículas adheridas o incrustadas en otras muestras masivas o de baja dimensión. Estos sensores son capaces de detectar cantidades diminutas de partículas y deberían recibir una amplia variedad de aplicaciones eléctricas, mecánicas, químicas y biológicas.
P: ¿Tu formación universitaria te ayudó en tu trabajo en nanotecnología?
Cahay: Mi doctorado consistió en el modelado del transporte de electrones en dispositivos a nanoescala. Desde entonces, he aplicado esta formación al modelado de huecos a través de la unión emisor-base de transitores bipolares de heterounión, al análisis de transistores superconductores de efecto de campo, a la emisión de campo de diversas nanoestructuras, incluidos nanotubos de carbono y, más recientemente, a la investigación de Transporte de espín en varias nanoestructuras.
P: ¿Tiene un mentor? ¿Lo hiciste en tus años universitarios?
Cahay: Mi mentor en Purdue fue el profesor Datta con quien he conversado desde entonces sobre diversas áreas de la nanoinvestigación porque valoro su vasto conocimiento y su visión y comprensión profunda del transporte de portadores a nanoescala. A lo largo de los años, el profesor Punit Boolchand de la Universidad de Cincinnati ha ayudado a desarrollar un programa experimental en el campo de la nanoelectrónica del vacío. También me beneficio de la experiencia de Walter Friz, quien me presentó los monosulfuros de tierras raras para aplicaciones de cátodos fríos. Últimamente me he beneficiado de la interacción con el difunto George Purdy y con Dennis Morris en el Reino Unido sobre el uso de cuaterniones y su uso en mecánica cuántica.
P: Si tuvieras que hacerlo todo de nuevo, ¿seguirías centrándote en las aplicaciones de la nanotecnología?
Cahay: Recuerdo lo fascinado que estaba aprendiendo por primera vez sobre la mecánica cuántica cuando era estudiante de Física en la Universidad de Lieja, Bélgica. En un mes había leído la mayor parte del primer volumen del libro de texto de mecánica cuántica de Cohen-Tannoudji, descuidando la mayoría de mis otras clases. He mantenido el mismo entusiasmo a lo largo de los años por la nanotecnología. Aprender sobre un área nueva suele ser una batalla cuesta arriba debido a la gran cantidad de lectura que se necesita antes de proponer nuevas ideas, pero, una vez que se supera ese obstáculo y se puede asegurar la financiación para un área específica, el trabajo es muy emocionante y gratificante.
P: Si un estudiante de secundaria o universitario estuviera interesado en la nanotecnología, ¿qué consejo le daría para ayudarlo a prepararse para asumir esos roles?
Cahay: Muchos nuevos avances en nanotecnología abarcan cada vez más áreas tan diversas como las matemáticas, la física, la ingeniería, la ciencia de los materiales, la química e incluso la biología. Yo sugeriría a los estudiantes de secundaria que elijan su plan de estudios en consecuencia para abarcar la mayor cantidad posible de estas áreas. Recomiendo encarecidamente participar en ferias científicas regionales y nacionales de escuelas secundarias para ampliar sus puntos de vista sobre la nanotecnología. También muchos profesores de universidades buscan la ayuda de estudiantes de secundaria para realizar investigaciones durante el verano. Es una experiencia muy valiosa trabajar en un verdadero entorno de investigación y estar expuesto a una edad temprana a los diversos aspectos de las instalaciones de nanoinvestigación de última generación. El esfuerzo realizado a una edad temprana debería ayudar a los estudiantes a asegurar la aceptación en algunas de las mejores escuelas del país y lanzarlos a una carrera exitosa y, con suerte, pionera en nanotecnología.
