마크 케이헤이
교수
신시내티대학교
전기전자컴퓨터공학과
미국 오하이오주 신시내티
교육:
- 1987년 12월 퍼듀대학교 전기공학 박사
- 1986년 12월 퍼듀 대학교 물리학 석사
- 1981년 7월 벨기에 리에주 대학교 물리학 학사
업무 초점:
Marc는 네트워크 분석, 전자공학, 양자 시스템 및 양자 컴퓨팅에 대한 수업을 가르치고 나노전자공학 및 진공 마이크로전자공학 분야의 연구를 수행합니다.
학생들을 위한 조언:
“많은 새로운 나노기술 개발은 점점 더 수학, 물리학, 공학, 재료과학, 화학, 심지어 생물학까지 다양한 분야를 포괄하고 있습니다. 나는 고등학생들에게 이러한 영역을 최대한 많이 포괄하도록 그에 따라 커리큘럼을 선택하도록 제안하고 싶습니다.”
연결:
– 신시내티대학교
회견:
Q: 귀하의 작업이 어떤 나노기술 기술 분야에 가장 잘 적용됩니까?
카하이:
- 나노전자공학
- 나노소재
- 모델링 및 시뮬레이션
- 나노제조
- 나노자기학
- 스핀트로닉스
Q: 귀하의 진로가 나노기술에 초점을 맞추고 있다는 것을 처음 알게 된 것은 언제입니까?
카하이: 나는 1983년 퍼듀 대학교 대학원생으로 입사한 후 1984년 여름을 일리노이주 네이퍼빌에 있는 Amoco 연구 센터에서 나노 규모 장치(공진 터널링 장치 및 초격자)를 통해 전류를 계산하는 연구를 수행하면서 보냈습니다. 1984년 가을에 나는 이 흥미로운 연구 분야를 계속 연구하기 위해 퍼듀 대학의 Datta 교수 그룹에 합류했습니다. 제가 박사학위 논문 제목은 "초소형 소자의 양자역학적 분석"입니다. 나는 그 이후로 나노전자공학에 대한 연구를 해왔습니다.
Q: 현재 어떤 나노기술 응용을 연구하고 있나요?
카하이: 지난 10년 동안 저는 스핀트로닉스 분야에서 다양한 종류의 스핀 기반 전계 효과 트랜지스터를 모델링해 왔습니다. 나는 또한 유기 스핀트로닉스 분야에서 몇 가지 실험적인 작업을 수행했습니다. 저의 다른 연구 분야는 탄소 나노튜브 배열과 섬유의 전계 방출 측정과 이론적 모델링입니다.
Q. 나노기술을 활용하면서 가장 보람찬 점은 무엇인가요?
카하이: 나노과학과 나노기술은 급속도로 분야를 확장하고 있습니다. 나는 이것이 나노밀레니엄(Nanomillenium)이라는 것을 학생들에게 계속 상기시킵니다. 거의 36년 동안 연구한 후에도 거의 매주 새로운 개념과 연구 분야가 발견되고 있기 때문에 나는 여전히 나노기술에 대해 흥미를 갖고 있습니다. 경쟁력을 유지하는 것은 매우 어려운 일이며 재료 과학, 물리학, 공학, 화학 및 때로는 생물학의 지식이 혼합되어 필요할 수 있는 새로운 영역에서 작업할 팀을 구성함으로써 가장 잘 달성됩니다. 오늘날에는 협업이 살아남은 접근 방식인 것 같습니다.
Q: 당신이 작업한 일이 세상에 어떻게 긍정적인 영향을 미쳤는지 보여주는 예가 있습니까?
카하이: 나의 박사 학위 논문은 공진 터널링 장치의 자체 일관성 모델링을 다루었습니다. 일부 결과는 "공진 터널링 장치에서 공간 전하 효과의 중요성"이라는 제목의 논문, Appl. 물리. Letters 50(10), pp.612-614(1987). 이는 공간 전하 효과를 고려한 나노 규모 장치의 전류-전압 특성에 대한 최초의 일관된 양자 역학적 계산 중 하나로 175회 이상 인용되었습니다. 이 문서는 전 세계 대학과 산업계에서 사용되는 SEQUAL(Semiconductor Electrostatics by QUantum-mechanical AnaLysis)로 널리 알려진 잘 알려진 모델링 접근 방식의 토대를 마련했습니다. 현재 NSF가 후원하는 Purdue University의 nanohub 웹사이트에서 프리웨어로 제공되고 있으며 전 세계 연구자들이 셀 수 없이 많이 다운로드했습니다.
큐: 나노기술이 이미 세계에 미친 가장 큰 영향은 무엇이라고 생각하시나요?
카하이: 나노기술의 초기 성공 중 하나는 1980년대 후반 프랑스의 Albert Fert가 이끄는 두 개의 독립적인 그룹이 강자성과 비자성 전도성 층이 교대로 구성된 박막 구조에서 관찰되는 거대 자기 저항(GMR) 현상을 발견한 데서 비롯되었습니다. 독일의 Peter Grünberg. 그들은 이 중요한 발견으로 2007년 노벨 물리학상을 수상했습니다. GMR 응용 분야에는 하드 디스크 드라이브, 바이오 센서, 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 등의 데이터를 읽는 데 사용되는 자기장 센서 개발이 포함됩니다. GMR 다층 구조는 MRAM(자기 저항 랜덤 액세스 메모리)에서도 1비트의 정보를 저장하는 셀로 사용됩니다. 이는 우리의 일상 생활에 영향을 미치는 수십억 달러 규모의 산업을 빠르게 확장하고 있습니다.
Q: 지난 10년 동안 나노기술은 연구실을 벗어나 사회에 실질적인 영향을 미치고 있습니다. 나노기술의 상용화에 도움이 되고 새로운 제품이나 프로세스를 탄생시키는 데 도움이 되는 노력을 하신 적이 있습니까? 예를 들어주세요.
카하이: 지난 몇 년 동안 저는 전자현미경, 전자빔 리소그래피, 새로운 X-선 소스, 진공 전자 장치, 테라헤르츠 소스 및 높은 응용 분야에 적용하여 새로운 유형의 냉음극을 구성하는 탄소 나노튜브 섬유의 전계 방출 특성을 연구했습니다. -파워 마이크로파 튜브. 최근에는 “나노튜브 초섬유 소재 – 제조 및 상용화”에 관한 책을 공동 편집했습니다.“ 신시내티 대학의 M. Schulz, V. Shanov, J. Yin과 함께, 2018년 Elsevier에서 출판.
Q: 향후 나노기술의 상용화가 세계에 가장 큰 긍정적인 영향을 미칠 것으로 예상되는 분야는 무엇입니까?
카하이: 다른 저차원 또는 벌크 샘플에 부착되거나 내장된 나노입자를 기반으로 하는 새로운 유형의 센서에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 이러한 센서는 미세한 양의 입자를 감지할 수 있으며 다양한 전기, 기계, 화학 및 생물학적 응용 분야에 적용됩니다.
Q: 대학에서의 훈련이 나노기술 작업에 도움이 되었나요?
카하이: 나의 박사 학위는 나노 규모 장치의 전자 수송 모델링으로 구성되었습니다. 그 이후로 나는 이 훈련을 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 이미터-베이스 접합을 통한 정공 모델링, 초전도 전계 효과 트랜지스터 분석, 탄소 나노튜브를 포함한 다양한 나노구조로부터의 전계 방출, 그리고 최근에는 다음과 같은 연구에 적용했습니다. 다양한 나노구조에서의 스핀 수송.
Q. 멘토가 있나요? 대학 시절에 그랬나요?
카하이: Purdue의 나의 멘토는 Datta 교수였으며 그 이후로 나노 연구의 다양한 분야에 관해 대화를 나눴습니다. 왜냐하면 나는 그의 방대한 지식과 나노 규모의 캐리어 운송에 대한 그의 통찰력과 깊은 이해를 소중히 여겼기 때문입니다. 수년에 걸쳐 신시내티 대학교의 Punit Boolchand 교수는 진공 나노전자공학 분야의 실험 프로그램 개발을 도왔습니다. 또한 냉음극 응용을 위한 희토류 단황화물을 소개해 준 Walter Friz의 전문 지식도 도움이 됩니다. 최근에 나는 쿼터니언의 사용과 양자 역학에서의 사용에 관해 영국의 고 George Purdy 및 Dennis Morris와의 상호 작용을 통해 이익을 얻었습니다.
Q: 만약 다시 이 일을 해야 한다면, 여전히 나노기술 응용에 집중하시겠습니까?
카하이: 나는 벨기에 리에주 대학교에서 물리학을 전공하는 학부생으로서 처음으로 양자역학을 배울 때 얼마나 매료됐는지 기억합니다. 한 달 만에 나는 다른 수업은 대부분 무시하고 Cohen-Tannoudji가 쓴 양자역학 교과서 1권의 대부분을 읽었습니다. 나는 나노기술에 대해 수년 동안 동일한 흥분을 유지해 왔습니다. 새로운 영역에 대해 배우는 것은 새로운 아이디어를 떠올리기 전에 엄청난 양의 독서가 필요하기 때문에 힘든 싸움인 경우가 많습니다. 그러나 일단 그 장애물을 통과하고 특정 영역에 대한 자금이 확보되면 작업은 매우 흥미롭고 보람이 있습니다.
Q: 고등학생이나 대학생이 나노기술에 관심이 있다면, 그러한 역할을 맡을 준비를 돕기 위해 어떤 조언을 해주실 수 있나요?
카하이: 많은 새로운 나노기술 개발은 점점 더 수학, 물리학, 공학, 재료과학, 화학, 심지어 생물학까지 다양한 분야를 포괄하고 있습니다. 나는 고등학생들에게 이러한 영역을 최대한 많이 포함하도록 커리큘럼을 선택하도록 제안하고 싶습니다. 나는 나노기술에 대한 그들의 견해를 넓히기 위해 지역 및 전국 고등학교 과학 박람회에 참가할 것을 강력히 권합니다. 또한 많은 대학 교수들이 여름 방학 동안 연구를 수행하기 위해 고등학생의 도움을 구합니다. 진정한 연구 환경에서 일하고, 최첨단 나노연구 시설의 다양한 측면을 어린 나이에 접하는 것은 매우 귀중한 경험입니다. 어린 나이에 쏟는 노력은 학생들이 전국 최고의 학교에 입학할 수 있도록 돕고 나노기술 분야에서 성공적이고 선구적인 경력을 쌓는 데 도움이 될 것입니다.
