アレックス・ゼトル

アレックス・ゼトル
母校	カリフォルニア大学バークレー校BA 、カリフォルニア大学ロサンゼルス校Ph.D
知られている	ナノスケール構造
科学者としてのキャリア
機関	ローレンス・バークレー国立研究所、カリフォルニア大学バークレー校

アレックス・K・ゼットル（1956年10月11日生まれ）は、アメリカの実験物理学者、教育者、発明家である。

彼は、カリフォルニア大学バークレー校の物理学大学院の教授であり、ローレンス・バークレー国立研究所の上級科学者です。ゼットルは、低次元材料の合成、特性評価、応用における第一人者です。彼は、特に炭素、ホウ素、窒素をベースにした新材料を合成および研究し、電子材料やナノ電気機械システムの分野で数多くの発明をしてきました。ゼットルと彼の研究チームは、窒化ホウ素ナノチューブを初めて合成し、^[1]カーボンナノチューブ化学センサーを開発しました。^[2]彼と彼のチームは、世界最小の合成電動回転ナノモーター、^[3]最小の完全統合型FMラジオ受信機、^{[4] [5]}単一原子感度を備えたナノメカニカル質量バランス、^[6]電圧制御可能なナノスケール緩和発振器、^{[7] [8]}およびフォノニック回路に役立つナノスケール熱整流器^[9]を開発しました。彼と彼のチームは、ナノマニピュレーター^{[10] [11]}吊り下げ式グラフェングリッド^{[12] [13]}およびグラフェン液体セル^[14]とグラフェンフローセル^{[15] を}発明しました。これらはすべて透過型電子顕微鏡を大きく進歩させました。

ゼットルはカリフォルニア州サンフランシスコ生まれ。サー・フランシス・ドレイク高校（現アーチー・ウィリアムズ高校）、カリフォルニア大学バークレー校（1978年学士課程）、カリフォルニア大学ロサンゼルス校（1980年修士課程、1983年博士課程）に通った。博士課程の専攻は実験凝縮物質物理学。博士課程の指導教官はジョージ・グリューナー教授。

大学院生として、ゼットルは2度物理学賞を受賞したジョン・バーディーンと密接に協力しました。バーディーンは電荷密度波の巨視的量子トンネル効果の新しい理論を開発し、ゼットルはその理論を検証する実験を行いました。^{[16] [17]} ゼットルは博士号を取得した後、すぐにカリフォルニア大学バークレー校の物理学部の教員に就任し、その後の研究生活を通じてその職に留まりました（助教授、1983〜86年、准教授、1986〜1988年、教授、1988〜2022年、物理学大学院教授、2022年〜現在）。

ローレンス・バークレー国立研究所で、ゼットル氏は1990年から2002年まで超伝導プログラムを、1997年から2022年までsp2結合材料プログラムを率いていました。2004年から2014年まで、彼は全米科学財団が資金提供している統合ナノメカニカルシステムセンターの所長を務めました。このセンターは、4つの機関（カリフォルニア大学バークレー校、スタンフォード大学、カリフォルニア工科大学、カリフォルニア大学マーセド校）から約25の研究チームを集め、高度に学際的なナノエレクトロメカニカル研究を促進しました。センターは、多数の教育アウトリーチプログラムも開発しました。2013年から2015年まで、ゼットル氏はキャロリン・ベルトッツィ氏とともにバークレーナノサイエンスおよびナノエンジニアリング研究所（BNNI）の共同所長を務め、2015年から2022年まで所長を務めました。BNNIは、ナノスケールの科学と工学におけるバークレーの研究と教育活動の拡大と調整を行う統括組織です。

Zettl は、約 50 人の大学院生 (化学、機械工学、電気工学、材料科学の博士号取得者を含む) と約 40 人のポスドク研究者を指導してきました。

Zettl の 600 件を超える研究出版物、補足資料、研究ハイライトにアクセスするには、https://www.ocf.berkeley.edu/~jode/index.html にアクセスしてください。

電荷密度波静力学と非線形動力学

ゼットルは、高周波電界によって駆動される動的電荷密度波（CDW）システムにおいて、カオス応答^[18]とカオスへの周期倍加経路^{[19]を発見し、モードロックによって集団モード凝縮体の内部変動がすべて完全に凍結されることを発見した。 [20] [21]} 彼は、CDW におけるいわゆるスイッチングの起源として位相スリップ中心を特定した。^[22] 彼は CDW システムにおける異常な電気弾性結合を発見し、サンプルサイズが nm スケールに近づくにつれて CDW 秩序パラメータがどのように変化するかを研究した。^[23] 2D 静的 CDW システム TaS ₂について、ゼットルは極低温 STM 測定を使用してドメイン構造を完全に特徴付け、^[24] X 線散乱によって決定されたバルク CDW パラメータと STM によって確立された表面 CDW パラメータを比較した。^[25]

高温超伝導体とフラーレン

ゼットルは、高温超伝導体における画期的な同位体効果測定を行った。これには、Y-Ba-Cu-Oにおける酸素^{[26] [27]、}バリウム^[28]、銅^{[28]同位体の置換、La-Sr-Cu-Oにおける酸素同位体の置換[29] 、A} ₃ C ₆₀における炭素およびアルカリ同位体の置換^{[30] [31]}が含まれる。これらの測定は超伝導機構に厳しい制約を課し、銅酸化物における超伝導はフォノン媒介ではなく、フラーレンにおいてはフォノン媒介である可能性が高いことを明らかにした。ゼットルは、高温超伝導体に異分子を挿入し[32]、Cu-O面を物理的および電子的に分離することを可能にした初めての人物である_。ゼットル^はまた、フラーレン超伝導体の高品質単結晶^[33]を生成し、多数の詳細な輸送および熱力学測定を容易にした。ゼットルは高温_超伝導体の弾性特性を明らかにし^[34]、また、準伝導測定によりフラーレン超伝導体の有効次元数を決定した^{[35] 。}

炭素および窒化ホウ素ナノチューブおよび関連ナノ構造

ゼットルはカーボンナノチューブ（CNT）の機械的および電子的特性について広範な研究を行ってきました。彼はCNTから整流器^[36]や化学センサー[ ^37]などの電子デバイスを作成しました。熱伝導率の測定^[38]から、熱伝導率の量子から予想される線形T挙動を抽出しました。彼は非常に堅牢なCNTベースの電子電界放出源を作成しました。^[38] ゼットルは、CNTが完全に折りたたまれた状態で安定できることを発見し^{[39] 、グラファイトの層間相互作用エネルギーの正確な定量化[40]}につながりました。この重要なパラメータは、これまで実験的に驚くほど明確に定義されていませんでした。

^{ゼットルは窒化ホウ素ナノチューブ（BNNT） [1]}を初めて合成した。BNNTの電子的・光学的特性は（CNTとは対照的に）、壁の数、直径、カイラリティに比較的鈍感である。ゼットルはまた、BNNTを効率的に合成するさまざまな方法を発見した^{[41] [42] [43] [44] [45]ほか、BNナノコクーン[45]}やBNエアロゲル^[46]などの関連するBNベースのナノマテリアルも発見した。また、BNNTの外表面を機能化する方法も開発し^{[47] [ 48] [49]}、外来の化学種で満たして^{[50] [51]、}シロクリスタルなどの新しい構造を作り出した。^[52] ゼットルは、電界を使ってBNNTの電子バンドギャップを変調できることを実験的に実証した（巨大シュタルク効果）。^[53]

ナノ電気機械システムと透過型電子顕微鏡の進歩

ゼットルは透過型電子顕微鏡（TEM）ナノマニピュレータ^{[10] [11]}を開発し、これによりナノスケールのサンプルをTEM内で画像化しながら電気的および機械的に刺激することが可能になった。ナノマニピュレータは、原子レベルの精度で配置された機械的および/または電気的プローブ、走査型トンネル顕微鏡、または同時力測定機能を備えた原子間力顕微鏡として構成することができる。^[54]ゼットルはナノマニピュレータを使用して、多層CNTがスクロールではなく入れ子になった同心円筒で構成されていることを証明し^[11]、円筒間の基本的な摩擦力を決定した。^{[11] [54]}これにより、ナノチューブベアリングを採用した 回転ナノモーター^[3]が発明された。ゼットルの他の発明としては、表面張力駆動の緩和発振器^[7] 、同調可能な共振器^[55] 、ナノ結晶駆動のリニアモーター^[56]、完全統合型ナノラジオ受信機^[3]、ナノバルーンアクチュエータ^[57]、ナノスケールの電気^[58]および熱^[59]レオスタットなどがある。ゼットルはナノマニピュレータを使用して、ナノスケール材料に対する最初の電子ホログラフィー実験^[60]を実行し、CNTからの量子力学的電界放出を定量化した。ゼットルは、ナノラジオと同様のアーキテクチャを使用して、単一原子の質量感度を持つナノ電気機械「バランス」を作成し、これによって初めて原子ショットノイズを観察した。^[6]彼は、個々の炭素原子の動態やその他の孤立した原子および分子種のTEMイメージングをほぼリアルタイムで可能にする、吊り下げ式グラフェン膜^{[12] [13]}を開発した。ゼットルのTEMグラフェン液体セル^[14]とグラフェンフローセル^[15]の開発は、TEMの世界に超高解像度のリアルタイム液相イメージングをもたらしました。ゼットルはまた、ナノメカニカル生物学的プローブ^[61] 、カスタマイズされたナノポア^{[62] [63] [64]}、および高効率の広帯域グラフェンベースの機械的エネルギートランスデューサー^{[65] [66]も開発しました。}

2Dマテリアル

ゼットルは、TaS ₂、^{[24] [25]} MoS ₂、^{[67] [68]}合金NbS ₂、^[69] NbSe ₂、^{[70]および2D準結晶[71]}を含む多数の2D材料の合成と特性評価に重要な貢献をしました。 ゼットルは最近、六方晶BNヘテロ構造における量子光放出を増強および制御する手段を発見しました。 ^[72 ]これは量子情報の伝送と管理に影響を与えます。

1D鎖とトポロジカル材料の分離

2Dグラフェンをグラファイトから分離するのと同様に、ゼットルは、準1D材料の単一または少数の鎖を分離して研究できる方法を開発した。^{[73] [74]} 彼は、CNTとBNNTの閉じ込められた（保護された）内部で材料を合成することによってこれを実現した。この方法により、「バルク」では知られていない構造が得られ、興味深い電子特性（鋭い金属から絶縁体への遷移^[75]など）と非自明なトポロジカル特性がしばしば得られた。^[76] 原子レベルで正確な超狭幅ナノリボン^[77]も、この閉じ込められた成長方法によってゼットルによって作成された。

液体エレクトロニクス

ゼットルは、2つの混ざらない液体の界面に柔らかく「挟み込まれた」導電性ナノ粒子を使用して、電子デバイスと「回路」を構築し、「全液体エレクトロニクス」の効果的なパラダイムを実現しました。^[78] このような構造により、回路アーキテクチャが古くなった場合に、再構成を容易にしたり、構成要素を完全にリサイクルしたりすることができます。

• S. Saito および A. Zettl 編著『カーボンナノチューブ: グラフェンの量子シリンダー』

凝縮系科学の現代概念、第3巻、1～215ページ（2008年）

• G. Grüner と A. Zettl. 電荷密度波伝導: 固体における新しい集団輸送現象。物理学レポート 119, 117 (1985)
• A. Zettl. 固体システムにおけるカオス。非線形ダイナミクスの方法と応用、ACIF シリーズ第 7 巻、A. Saenz 編 (World Scientific、シンガポール、1988 年)、p. 203
• A. Zettl と G. Grüner。電荷密度波システムにおけるカオスへの道。Cond. Matt. Phys. 12, 265 (1986) のコメント
• S. Brown および A. Zettl。電荷密度波電流振動と干渉効果。固体中の電荷密度波、凝縮系科学の現代問題シリーズ第 25 巻、L. Gor'kov および G. Grüner 編 (Elsevier、アムステルダム、1989 年)
• A. Zettl、WA Vareka、X.-D. Xiang。「インターカレーションによる高 Tc 酸化物超伝導体」JR Chelilowsky および SG Louie 編『実在する物質の量子理論』(Kluwer Academic Publishers、ボストン、1996 年) 425 ページ
• JC Grossman、C. Piskoti、A. Zettl。分子および固体 C36。K. Kadish および R. Ruoff 編『フラーレン: 化学、物理、技術』第 20 章、887-916 ページ (2000 年)
• NG Chopra および A. Zettl. 窒化ホウ素含有ナノチューブ。K. Kadish および R. Ruoff 編『フラーレン: 化学、物理、技術』第 17 章、767-794 ページ (2000 年)
• A. Zettl. 「新しい炭素材料」。McGraw Hill 科学技術年鑑 (McGraw Hill、1999 年)
• A. Zettl および J. Cumings。フラーレンの弾性特性。固体、液体、気体の弾性特性ハンドブック、Levy、Bass、Stern 編 (Academic Press、2000 年) 第 11 章、163 ～ 171 ページ
• A. Kis および A. Zettl. カーボンナノチューブのナノメカニクス。Phil. Trans. R. Soc. A 366, 1591-1611 (2008)
• ML Cohen と A. Zettl。窒化ホウ素ナノチューブの物理。Physics Today 63 (11), 34-38 (2010)
• J. Park、VP Adiga、A. Zettl、および AP Alivisatos。グラフェン液体セルの高解像度イメージング。Liquid Cell Electron Microscopy、FM Ross 編 (Cambridge University Press、ケンブリッジ、英国、(2017) p. 393)。

IBM 博士課程前フェローシップ (1982–1983)、大統領若手研究者賞 (1984–1989)、スローン財団フェローシップ (1984–1986)、IBM 教員養成賞 (1985–1987)、ミラー教授職 (1995)、ローレンス・バークレー国立研究所優秀業績賞 (1995)、ルーセントテクノロジー教員賞 (1996)、アメリカ物理学会フェロー (1999)、ローレンス・バークレー国立研究所優秀業績賞 (2004)、R&D 100 賞 (2004)、APS ジェームズ・C・マグロディ新素材賞 (洪傑戴と共同受賞) (2006)、ミラー教授職 (2007)、R&D 100 賞 (2010)、ファインマンナノテクノロジー実験賞 (2013)アメリカ芸術科学アカデミー会員（2014年）、R&D 100賞（2015年）、クラリベイト引用栄誉賞（2020年）

ゼットルはアウトドア愛好家です。海や急流でのカヤック、急流ラフティングに熱中しています。カリフォルニア全土のクラス 5 の川で数多くの急流ラフティング ツアーをガイドしたほか、アラスカのタッシェンシニ川やアルセック川の荒野下りや、グランドキャニオンを通る真冬のコロラド川下りをガイドしました。ゼットルはバックカントリー スキーや登山、特に遠征登山を楽しんでいます。アラスカ山脈、セント エリアス山脈 (アラスカとユーコン)、エクアドル、ペルー、アルゼンチンのアンデス山脈への数多くの登山遠征を先導または共同先導しました。デナリのテクニカル ルートを登り、カナダ最高峰のローガン山のスキー下りを完遂しました。彼は、カリフォルニア州のシエラネバダ山脈、太平洋岸北西部のカスケード山脈、メキシコの火山、ドイツ、フランス、スイス、イタリアのアルプス山脈、モロッコとタンザニアの山頂、日本とニュージーランドのアルプス山脈、ネパールとパキスタンのヒマラヤとカラコルム山脈など、広範囲に渡って登山をしてきました。また、アマチュア用電子機器の設計と構築、オフロード車両の製作と運転も楽しんでいます。

• ゼットルグループのウェブサイト
• ナノテクノロジー講義
• 原子が動く最初の動画
• BNNIウェブサイト