Marc Cahay
Professor
Universidade de Cincinnati
Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação
Cincinnati, Ohio, EUA
Educação:
- PhD em Engenharia Elétrica, Purdue University, dezembro de 1987
- MS Física, Purdue University, dezembro de 1986
- BS Física, Universidade de Liege, Bélgica, julho de 1981
Foco de Trabalho:
Marc ministra aulas de Análise de Redes, Eletrônica, Sistemas Quânticos e Computação Quântica e realiza pesquisas em nanoeletrônica e microeletrônica de vácuo.
Conselhos aos alunos:
“Muitos novos desenvolvimentos em nanotecnologia abrangem cada vez mais áreas tão diversas como matemática, física, engenharia, ciência dos materiais, química e até biologia. Eu sugeriria que os alunos do ensino médio escolhessem seu currículo de acordo para abranger o maior número possível dessas áreas.”
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Entrevista:
P: Em quais campos técnicos da Nanotecnologia seu trabalho se aplica melhor?
Cahay:
- Nanoeletrônica
- Nanomateriais
- Modelagem e Simulação
- Nanofabricação
- Nanomagnética
- Spintrônica
P: Quando você descobriu que sua carreira se concentrava em nanotecnologia?
Cahay: Depois de ingressar na Purdue University como estudante de pós-graduação em 1983, passei o verão de 1984 no Amoco Research Center em Naperville-Illinois realizando pesquisas sobre o cálculo da corrente através de dispositivos em nanoescala (dispositivos de tunelamento ressonante e superredes). No outono de 1984, juntei-me ao grupo do professor Datta em Purdue para continuar trabalhando neste excitante campo de pesquisa. O título da minha tese de doutorado é “Análise Mecânica Quântica de Dispositivos Ultrapequenos”. Tenho feito pesquisas em nanoeletrônica desde então.
P: Em quais aplicações atuais de nanotecnologia você está trabalhando?
Cahay: Nos últimos dez anos, tenho trabalhado na área de spintrônica, modelando vários tipos de transistores de efeito de campo baseados em spin. Também fiz alguns trabalhos experimentais em spintrônica orgânica. Minha outra área de pesquisa envolve medições e modelagem teórica de emissões de campo de matrizes e fibras de nanotubos de carbono.
P: Qual é a coisa mais gratificante em trabalhar com nanotecnologia?
Cahay: A nanociência e a nanotecnologia são campos em rápida expansão. Continuo lembrando aos meus alunos que este é o Nanomilênio. Após quase 36 anos de pesquisa, ainda estou entusiasmado com a nanotecnologia porque novos conceitos e áreas de pesquisa são descobertos quase semanalmente. Manter-se competitivo é bastante desafiador e é melhor conseguido formando equipes para trabalhar em novas áreas onde uma combinação de conhecimentos em ciência dos materiais, física, engenharia, química e, às vezes, biologia pode ser necessária. A colaboração parece ser a abordagem sobrevivente hoje em dia.
P: Há algum exemplo que você possa fornecer que mostre como algo em que você trabalhou impactou positivamente o mundo?
Cahay: Minha tese de doutorado tratou da modelagem autoconsistente de dispositivos de tunelamento ressonante. Alguns dos resultados foram publicados em um artigo intitulado “Importance of Space-Charge Effects in Resonant Tunneling Devices”, Appl. Física. Cartas 50(10), pp.612-614 (1987). Foi citado mais de 175 vezes como um dos primeiros cálculos mecânicos quânticos autoconsistentes das características de corrente-tensão de dispositivos em nanoescala, levando em consideração os efeitos da carga espacial. Este artigo lançou as bases para uma abordagem de modelagem bem conhecida, popularmente conhecida como SEQUAL (Semiconductor Electrostatics by QUantum-mechanical AnaLysis), usada por universidades e indústrias em todo o mundo. Agora é um freeware disponível no site nanohub patrocinado pela NSF na Purdue University e foi baixado inúmeras vezes por pesquisadores em todo o mundo.
P: Qual você acha que foi o maior impacto que a nanotecnologia já teve no mundo?
Cahay: Um dos primeiros sucessos em nanotecnologia resultou da descoberta do fenômeno da magnetorresistência gigante (GMR) observada em estruturas de película fina compostas por camadas condutoras ferromagnéticas e não magnéticas alternadas no final da década de 1980 por dois grupos independentes liderados por Albert Fert na França. e Peter Grünberg na Alemanha. Eles receberam o Prêmio Nobel de Física de 2007 por esta importante descoberta. As aplicações GMR incluem o desenvolvimento de sensores de campo magnético usados para ler dados em unidades de disco rígido, biossensores e sistemas microeletromecânicos (MEMS), entre outros. As estruturas multicamadas GMR também são usadas na memória magnetorresistiva de acesso aleatório (MRAM) como células que armazenam um bit de informação. Estas são indústrias de bilhões de dólares em rápida expansão, impactando nossa vida diária.
P: Na última década, a nanotecnologia saiu do laboratório e está causando um impacto real na sociedade. Você trabalhou em algum esforço que ajudou a comercializar a nanotecnologia e resultou em novos produtos ou processos? Forneça um exemplo.
Cahay: Nos últimos anos, estudei as características de emissão de campo de fibras de nanotubos de carbono que constituem um novo tipo de cátodos frios com aplicações em microscopia eletrônica, litografia por feixe de elétrons, novas fontes de raios X, dispositivos eletrônicos a vácuo, fontes de terahertz e alta - tubos de microondas de potência. Recentemente, coeditei um livro sobre “Materiais de Superfibra de Nanotubos – Fabricação e Comercialização“ com M. Schulz, V. Shanov, J. Yin da Universidade de Cincinnati, publicado pela Elsevier em 2018.
P: Em quais áreas você prevê que a futura comercialização da nanotecnologia terá o maior impacto positivo no mundo?
Cahay: Há um interesse crescente por novos tipos de sensores baseados em nanopartículas anexadas ou incorporadas em outras amostras de baixa dimensão ou em massa. Esses sensores são capazes de detectar quantidades mínimas de partículas e devem receber uma ampla variedade de aplicações elétricas, mecânicas, químicas e biológicas.
P: Sua formação universitária o ajudou em seu trabalho em nanotecnologia?
Cahay: Meu doutorado consistiu na modelagem do transporte de elétrons em dispositivos em nanoescala. Desde então, tenho aplicado esse treinamento na modelagem de buracos através da junção emissor-base de transitores bipolares de heterojunção, na análise de transistores de efeito de campo supercondutores, na emissão de campo de diversas nanoestruturas, incluindo nanotubos de carbono e, mais recentemente, na investigação de transporte de spin em várias nanoestruturas.
P: Você tem um mentor? Você fez isso nos anos de faculdade?
Cahay: Meu mentor em Purdue foi o professor Datta, com quem conversei desde então sobre diversas áreas da nanopesquisa porque valorizo seu vasto conhecimento e sua visão e profundo entendimento do transporte de transportadores em nanoescala. Ao longo dos anos, o professor Punit Boolchand da Universidade de Cincinnati ajudou a desenvolver um programa experimental na área de nanoeletrônica de vácuo. Também me beneficio da experiência de Walter Friz, que me apresentou aos monossulfetos de terras raras para aplicações de cátodo frio. Ultimamente, tenho beneficiado da interação com o falecido George Purdy e com Dennis Morris no Reino Unido sobre o uso de quaterniões e a sua utilização na mecânica quântica.
P: Se você tivesse que fazer tudo de novo, ainda se concentraria em aplicações de nanotecnologia?
Cahay: Lembro-me de como fiquei fascinado ao aprender pela primeira vez sobre mecânica quântica quando era estudante de graduação em Física na Universidade de Liège, na Bélgica. Em um mês, li a maior parte do primeiro volume do livro de mecânica quântica de Cohen-Tannoudji, negligenciando a maior parte das minhas outras aulas. Mantive o mesmo entusiasmo ao longo dos anos em relação à nanotecnologia. Aprender sobre uma nova área é muitas vezes uma batalha difícil devido à grande quantidade de leitura necessária antes de se ter novas ideias, mas, uma vez ultrapassado esse obstáculo e o financiamento pode ser garantido numa área específica, o trabalho é muito entusiasmante e gratificante.
P: Se um estudante do ensino médio ou universitário estivesse interessado em nanotecnologia, que conselho você daria a ele para ajudá-lo a se preparar para assumir essas funções?
Cahay: Muitos novos desenvolvimentos em nanotecnologia abrangem cada vez mais áreas tão diversas como matemática, física, engenharia, ciência dos materiais, química e até biologia. Eu sugeriria que os alunos do ensino médio escolhessem seu currículo de acordo para abranger o maior número possível dessas áreas. Aconselho vivamente a participação em feiras de ciências regionais e nacionais do ensino secundário para alargarem os seus pontos de vista sobre a nanotecnologia. Além disso, muitos professores de universidades procuram a ajuda de estudantes do ensino médio para realizar pesquisas durante o verão. É uma experiência muito valiosa trabalhar num verdadeiro ambiente de investigação e ser exposto desde cedo aos vários aspectos das instalações de nanoinvestigação de última geração. O esforço feito desde cedo deverá ajudar os alunos a garantir a aceitação em algumas das melhores escolas do país e lançá-los numa carreira de sucesso e, esperançosamente, pioneira em nanotecnologia.
