پروفسور کیت جانسون ، یک نظریه پرداز پیشگام در زمینه علوم مواد و یک مدیر مستقل ، در 89 درگذشت. اخبار MIT
MIT Emeritus Keith H. Johnson ، یک فیزیکدان کوانتومی که استفاده از روش های نظری را در علم مواد معرفی کرد و بعداً تجربه خود را در ساخت فیلم مستقل به کار گرفت ، در ماه ژوئن در کمبریج ، ماساچوست درگذشت. او 89 ساله بود.
استاد گروه مواد و مهندسی MIT (DMSE) ، جانسون از اصول اول برای درک چگونگی رفتار الکترون ها در مواد استفاده کرد – یعنی او به قوانین اساسی طبیعت روی آورد تا به جای تکیه بر داده های آزمایشی ، رفتار خود را محاسبه کند. این رویکرد قبل از اینکه در یک آزمایشگاه آزمایشگاهی ساخته شود ، به دانشمندان نگاه عمیق تری نسبت به مواد می داد تا پایه و اساس روشهای رایانه ای محور امروز را برای تشخیص مواد فراهم کند.
پروفسور DMSE هری تولر ، که در اوایل دهه 1980 با جانسون همکاری داشت ، خاطرنشان می کند که اگرچه محاسبات اصول اول قبلاً رایج بود ، اما در آن زمان غیرمعمول بودند.
تولر می گوید: “فیزیکدانان جامد تا حد زیادی در مدل سازی ساختار الکترونیکی مواد مانند نیمه هادی ها و فلزات با استفاده از توابع موج طولانی متمرکز بودند.” “کیت جزء اقلیت ها بود که از یک رویکرد شیمیایی قفل شده تر استفاده می کند.”
این رویکرد موضعی به جانسون اجازه داد تا بیشتر و بهتر موادی را با نواقص کوچک به نام نقص مانند اکسید روی بررسی کند. روش های آن درک پیشرفته مواد مورد استفاده در دستگاه هایی مانند سنسورهای گاز و سیستم های جداسازی آب برای سوخت هیدروژن. او همچنین به وی نگاه عمیق تری از سیستم های پیچیده مانند ابررسانا – موادی که بدون دوام برق را انجام می دهند – و مواد مولکولی مانند “buckyballs” به وی داد.
کنجکاوی جانسون در سال 2001 شکل خلاقانه ای به خود گرفت. “تقارن شکستن” تقارن ، یک تریلر علمی تخیلی که او نوشت ، تولید و کارگردانی کرد. ارسال شده در یوتیوب در سال 2020 ، بیش از 4 میلیون بار تماشا شده است.
نظریه های دنباله دار در DMSE
جانسون که در سال 1936 در ریدینگ ، پنسیلوانیا متولد شد ، علاقه زودهنگام به علم نشان داد. همسرش ، فرانسیسکا آزاهیر-جانسون می گوید: “پس از دریافت شیمی ، مجموعه ای به عنوان یک کودک ، او آزمایشگاهی را در زیرزمین والدین خود بنا کرد.” “آزمایش های اولیه وی شدید بود – یک بار باعث تخلیه خانه به دلیل بخارات شیمیایی شد.”
وی در سال 1965 لیسانس فیزیک در دانشگاه پرینستون و دکترای دانشگاه معبد را کسب کرد. وی در سال 1967 به دانشکده MIT پیوست ، آنچه در آن زمان به عنوان گروه متالورژی و مواد خوانده شد و نزدیک به 30 سال در آنجا کار کرد.
استفاده اولیه آن از تئوری در علم مواد منجر به پیگیری بیشتر شد. برای مدل سازی رفتار الکترون ها در گروه های کوچک اتم ها – مانند سطوح مواد ، مرزهای بین مواد مختلف به نام رابط ها و نقص – جانسون از محاسبات مداری مولکولی خوشه ای استفاده می کند ، تکنیک مکانیکی کوانتومی که بر نحوه رفتار الکترونها در ساختارهای هسته ای محکم گروه بندی متمرکز است. این محاسبات ایده ای از چگونگی تأثیر نقص و مرزها بر خصوصیات ارائه می دهد.
تولر می گوید: “این بسیار خوب با علایق ما در درک نقش نقص فله ، حالات رابط و انرژی سطحی در مرزهای دانه و سطوح اکسیدهای فلزی هنگام تأثیر کار در دستگاه های مختلف ، ترکیب شده است.”
در یک پروژه ، جانسون و لالر مشترک ، که هر دو اکسید روی آزمایشی و دستگاه های مدل سازی نظری را با استفاده از روش های جانسون انجام دادند. در آن زمان ، چنین همکاری نزدیک بین آزمایشگران و نظریه پردازان نادر بود. توولر گفت: کار آنها منجر به “درک بسیار واضح تر و پیشرفته تر از چگونگی تأثیر ماهیت نقص بر روی رابط ها ، تأثیرگذاری بر ارائه آنها تأثیر گذاشته است ، مدتها قبل از این نوع همکاری بین تجربی و نظریه پردازان به آنچه اکنون هنجار است تبدیل شود.”
ابزار محاسبه اصلی جانسون نوآوری دیگری به نام یک روش موج پراکنده بود (که به عنوان پراکندگی چندگانه Xα نیز شناخته می شود). اگرچه این تکنیک ریشه در شیمی کوانتومی و ماده متراکم از اواسط قرن بیستم دارد ، اما جانسون چهره اصلی در تطبیق آن با کاربردهای مواد بود.
برایان آهن دکتر ’84 ، یکی از دانشجویان سابق جانسون ، قدرت رویکرد خود را به یاد می آورد. در سال 1988 ، ضمن ارزیابی اینکه آیا برخی از مواد ابررسانا می تواند در یک ابر رایانه نسل بعدی برای وزارت دفاع استفاده شود ، آهن با دانشمندان برجسته در سراسر کشور مصاحبه کرد. بیشترین تخمین های خوش بینانه مشترک – به استثنای جانسون. بر اساس محاسبات نظری عمیق ، جانسون نشان داد که شرایط برای ثبات صفر مورد نیاز برای چنین دستگاهی با مواد موجود واقع بینانه نیست.
اهان می گوید: “من اکتشافات جانسون را گزارش کردم و برنامه پنتاگون رها شد و میلیون ها دلار پس انداز کرد.”
از ابررسانا تا اسکریپت ها
جانسون توسط ابررسانا اسیر شد. این مواد می توانند بدون از دست دادن انرژی برق را انجام دهند و این باعث می شود آنها برای فناوری مانند ماشین های MRI و رایانه های کوانتومی بسیار مهم باشند. اما آنها معمولاً در دمای کرایوژنیک که نیاز به تجهیزات گران قیمت دارند ، کار می کنند. هنگامی که دانشمندان به اصطلاح سرپرستان با درجه حرارت بالا را کشف کردند که با کار با نسبتاً گرمتر اما هنوز بسیار سرد کار می کردند (-300 درجه فارنهایت) ، نژاد دما-گلوبال شروع به درک رفتار آنها و جستجوی ابررسانا می کند که می توانند در دمای اتاق کار کنند.
جانسون با استفاده از ابزارهای نظری که او قبلاً توسعه داده بود ، اظهار داشت که ارتعاشات واحدهای مولکولی کوچک مسئول ابررسانا بودن – انحراف از تفکر متعارف در مورد آنچه باعث ابررسانایی شده است. وی در یک سند در سال 1992 ، نشان داد که این مدل می تواند برای تعدادی از مواد از جمله سرامیک و Buckminafullerene به نام Buckyballs اعمال شود ، زیرا مولکول های آن شبیه گنبدهای ژئودزیک معمار باکمینستر فولر هستند. جانسون پیش بینی می کند که ابررسانایی دمای اتاق بعید است ، زیرا مواد مورد نیاز برای حفظ آن برای کار با اطمینان بسیار ناپایدار خواهد بود.
این امر مانع از تصور پیشرفت های علمی در داستان نمی شود. سفر مشاوره ای به روسیه پس از سقوط اتحاد جماهیر شوروی ، علاقه جانسون را به فیلمنامه ها برانگیخت. از جمله سناریوهای وی “نقض تقارن” برای یک اخترفیزیک جوان از یک MIT داستانی ، که مطالعات مخفی از یک فناوری انرژی جدید رادیکال را کشف کرد. هنگامی که معامله با هالیوود شکست خورد ، جانسون تصمیم به تأمین مالی و کارگردانی فیلم گرفت – و حتی جلوه های ویژه خود را ایجاد کرد.
حتی پس از بازنشستگی اولیه خود از MIT ، در سال 1996 ، جانسون به دنبال تحقیقات ادامه داد. در سال 2021 ، وی سندی را در مورد نانوذرات آب در فضا و نقش احتمالی آنها در منشأ زندگی منتشر کرد و نشان می دهد که خواص آنها می تواند به توضیح پدیده های کیهانی کمک کند. او همچنین از ابزارهای تحلیلی خود برای ارائه مدل های بصری و آب برای ماده تاریک و انرژی تاریک استفاده می کند-آنچه را که او “آب quintessential” خوانده است.
در سالهای بعد ، جانسون به طور فزاینده ای به ارائه ایده های علمی از طریق تصاویر و شهود علاقه مند بود ، نه معادلات متراکم ، و معتقد بود که طبیعت باید بدون ریاضیات پیچیده قابل درک باشد. وی برای به اشتراک گذاشتن ایده های خود ، چندرسانه ای و ابزارهای دیجیتالی در حال ظهور – از جمله هوش مصنوعی – را پذیرفت. چندین سخنرانی وی را می توان در کانال یوتیوب وی یافت.
آمفیر-جانسون توضیح می دهد: “او هرگز خود را به هیچ زمینه ای محدود نکرده است.” “فیزیک ، شیمی ، زیست شناسی ، کیهان شناسی – همه بخشی از دیدگاه متحد وی در مورد درک جهان بودند.”
علاوه بر آمفیر-جانسون ، جانسون از دخترش جان سالم به در برد.
