马克·卡海
教授
辛辛那提大学
电气工程与计算机科学系
美国俄亥俄州辛辛那提
教育：
- 普渡大学电气工程博士，1987 年 12 月
- 普渡大学物理学硕士，1986 年 12 月
- 1981 年 7 月，比利时列日大学，物理学学士
工作重点：
Marc 教授网络分析、电子学、量子系统和量子计算课程，并从事纳米电子学和真空微电子学研究。
给学生的建议：
“许多新的纳米技术发展越来越多地涉及数学、物理、工程、材料科学、化学甚至生物学等各个领域。我建议高中生选择相应的课程，以尽可能多地涵盖这些领域。”
链接：
– 辛辛那提大学
面试：
问：您的工作最适合应用于哪些纳米技术技术领域？
卡哈伊：
- 纳米电子学
- 纳米材料
- 建模与仿真
- 纳米制造
- 纳米磁学
- 自旋电子学
问：您什么时候第一次发现自己的职业道路集中在纳米技术上？
卡哈伊： 1983 年，我以研究生身份进入普渡大学，1984 年夏天，我在伊利诺伊州内珀维尔的阿莫科研究中心进行计算纳米级器件（共振隧穿器件和超晶格）电流的研究。1984 年秋天，我加入了普渡大学达塔教授的团队，继续从事这一令人兴奋的研究领域。我的博士论文题目是“超小型器件的量子力学分析”。从那时起，我就一直从事纳米电子学研究。
问：您目前正在研究哪些纳米技术应用？
卡海：过去十年来，我一直从事自旋电子学领域的工作，对各种基于自旋的场效应晶体管进行建模。我还在有机自旋电子学方面做了一些实验工作。我的其他研究领域涉及碳纳米管阵列和纤维场发射的测量和理论建模。
问：从事纳米技术工作最有意义的事情是什么？
卡海：纳米科学和纳米技术是发展迅速的领域。我不断提醒我的学生，这是纳米千年。经过近 36 年的研究，我仍然对纳米技术感到兴奋，因为几乎每周都会发现新的概念和研究领域。保持竞争力非常具有挑战性，最好的方法是组建团队在新的领域工作，这些领域可能需要材料科学、物理学、工程学、化学，有时还需要生物学方面的知识。如今，合作似乎是生存之道。
问：您能举一个例子来说明您所做的事情如何对世界产生了积极的影响吗？
卡哈伊： 我的博士论文研究了谐振隧穿器件的自洽建模。部分成果发表在题为“谐振隧穿器件中空间电荷效应的重要性”的论文中，Appl. Phys. Letters 50(10)，第 612-614 页（1987 年）。该论文被引用超过 175 次，是第一个考虑空间电荷效应的纳米器件电流-电压特性的自洽量子力学计算论文之一。这篇论文为一种著名的建模方法奠定了基础，这种方法通常被称为 SEQUAL（通过量子力学分析的半导体静电学），被世界各地的大学和行业广泛使用。它现在是普渡大学 NSF 赞助的纳米中心网站上的免费软件，已被世界各地的研究人员下载了无数次。
问： 您认为纳米技术对世界产生的最大影响是什么？
卡哈伊： 纳米技术最早的成功之一源于 20 世纪 80 年代末由法国的 Albert Fert 和德国的 Peter Grünberg 领导的两个独立研究小组在由交替的铁磁和非磁性导电层组成的薄膜结构中观察到的巨磁电阻 (GMR) 现象。他们因这一重要发现获得了 2007 年诺贝尔物理学奖。GMR 应用包括开发用于读取硬盘驱动器、生物传感器和微机电系统 (MEMS) 中数据的磁场传感器。GMR 多层结构还用于磁阻随机存取存储器 (MRAM)，作为存储一位信息的单元。这些是迅速扩张的价值数十亿美元的产业，影响着我们的日常生活。
问：过去十年，纳米技术走出了实验室，对社会产生了真正的影响。您是否参与过任何有助于纳米技术商业化并产生新产品或新工艺的努力？请举一个例子。
卡哈伊： 过去几年，我研究了碳纳米管纤维的场发射特性，碳纳米管纤维是一种新型冷阴极，可应用于电子显微镜、电子束光刻、新型X射线源、真空电子器件、太赫兹源和高功率微波管。最近，我合编了一本关于“纳米管超纤维材料——制造和商业化”的书“ 与辛辛那提大学的 M. Schulz、V. Shanov 和 J. Yin 合作，由爱思唯尔于 2018 年出版。
问：您预计未来纳米技术的商业化将在哪些领域对世界产生最积极的影响？
卡哈伊： 人们对基于纳米粒子的新型传感器的兴趣日益浓厚，这些纳米粒子附着或嵌入其他低维或块状样品中。这些传感器能够检测微量粒子，并有望广泛应用于各种电气、机械、化学和生物应用。
问：大学里的培训对你的纳米技术工作有帮助吗？
卡哈伊： 我的博士学位研究方向是纳米级器件中电子传输的建模。从那时起，我将这种训练应用于异质结双极晶体管发射极-基极结中空穴的建模、超导场效应晶体管的分析、各种纳米结构（包括碳纳米管）的场发射，以及最近对各种纳米结构中自旋传输的研究。
问：你有导师吗？大学期间有吗？
卡哈伊： 我在普渡大学的导师是达塔教授，从那时起我就一直与他讨论纳米研究的各个领域，因为我看重他渊博的知识以及他对纳米级载流子传输的洞察力和深刻理解。多年来，辛辛那提大学的普尼特·布尔昌德教授帮助我开发了真空纳米电子学领域的实验项目。我还受益于沃尔特·弗里兹的专业知识，他向我介绍了用于冷阴极应用的稀土单硫化物。最近，我受益于与已故的乔治·珀迪和英国的丹尼斯·莫里斯在四元数的使用及其在量子力学中的应用方面的互动。
问：如果必须重新来过，您还会专注于纳米技术应用吗？
卡哈伊： 我记得自己在比利时列日大学读物理本科时第一次接触量子力学时是多么着迷。一个月内，我读完了 Cohen-Tannoudji 所著量子力学教科书第一卷的大部分内容，而其他课程则基本都放弃了。多年来，我对纳米技术一直怀有同样的热情。学习一个新领域往往是一场艰苦的战斗，因为在提出新想法之前需要阅读大量资料，但一旦克服了这一障碍，并在特定领域获得了资金，工作就会非常令人兴奋和有回报。
问：如果高中生或大学生对纳米技术感兴趣，您会给他们什么建议以帮助他们做好担任这些角色的准备？
卡海: 许多新的纳米技术发展越来越多地涉及数学、物理、工程、材料科学、化学甚至生物学等不同领域。我建议高中生选择相应的课程，以尽可能多地涵盖这些领域。我强烈建议参加地区和国家高中科学博览会，以拓宽他们对纳米技术的视野。此外，许多大学教授寻求高中生的帮助，在暑假进行研究。在真正的研究环境中工作并在早期接触到最先进的纳米研究设施的各个方面是一种非常宝贵的经验。早期的努力应该有助于学生被全国一些最好的学校录取，并让他们走上成功且有望开创纳米技术的职业生涯。
