エリアス・バースタイン

エリアス・バースタイン
エリアス・バースタイン
生まれる	( 1917-09-30 )1917年9月30日 ブルックリン、ニューヨーク
死亡	2017年6月17日(2017-06-17)（享年99歳） ペンシルベニア州ブリンマー
国籍	アメリカ人
母校	ブルックリンカレッジ カンザス大学
知られている	固体の光物理学の研究
受賞歴	ジョン・プライス・ウェザリル賞(1979) フランク・イサクソン賞(1986)
科学者としてのキャリア
フィールド	凝縮系物理学
機関	米国海軍研究所 ペンシルバニア大学
博士課程の学生	アーロン・ピンチュク フィリップ・J・スタイルズ [de]

エリアス・バースタイン（1917年9月30日 - 2017年6月17日）は、70年にわたって科学の分野で活躍したアメリカの実験物性物理学者です。 ^[1]彼は固体の光物理学における先駆的な基礎研究、数百もの論文やその他の出版物の執筆と編集、世界中の科学者を国際会議、カンファレンス、シンポジウムに集めたこと、そして何十人もの若い物理学者の訓練と指導で知られています。^[2]

バースタインはブルックリン カレッジで化学の学士号(1938 年)、カンザス大学で化学の修士号( 1941 年) を取得しました。MIT (1941 年 - 1943 年) で化学と物理学の大学院課程を、カトリック大学(1946 年 - 1948 年)で物理学の大学院課程を履修しました。1945 年の戦争により博士課程の研究は中断され、ワシントン DC の海軍研究所に勤務することになりました。博士号は取得していませんが、4 つの名誉博士号を授与されました (栄誉の項を参照)。

バースタインは、米国海軍研究所の結晶部門の物理学部門のメンバー（1945～1958年）であり、後に同部門の責任者（1948～1958年）、さらに半導体部門の責任者（1958年）となった。

1958年にペンシルバニア大学の物理学教授に任命され、1982年にノーベル賞受賞者のジョン・ロバート・シュリーファーの後任としてメアリー・アマンダ・ウッド物理学教授に就任した。1988年に常勤講師を退任したが、メアリー・アマンダ・ウッド名誉教授として活動を続けている。

彼は、カリフォルニア大学アーバイン校（1967～68年）、イスラエルのヘブライ大学（1974年）、イタリアのパルマ大学（1974年）で客員教授を務めたほか、スウェーデンのヨーテボリにあるチャルマース工科大学の創立50周年記念客員教授（1981年）、カリフォルニア大学バークレー校物理学部のミラー客員研究教授（1996年）を務めた。

数多くの専門職を歴任したが、米国科学アカデミー国立研究会議の固体科学委員会委員（1971～80年）および委員長（1976～78年）を務めた。1995年からはフランクリン研究所の芸術科学委員会委員も務めた。

バースタインは、そのキャリアを通じて、物理学の博士課程の学生35名以上とポスドク研究員5名を指導した。200本以上の論文を発表し、不純物ドープシリコンとゲルマニウムの赤外線光検出器に関する特許を2件取得している。^[3] また、世界中の物理学者を集めて研究や理論研究の成果を共有し、互いに協議する国際会議を数多く主催した。

彼は、 Solid State Communications ( Pergamon Press )の創刊編集者であり、同誌の編集長（1963–92）であった。[ ^{4]その立場で、同誌の編集および出版方針の確立に尽力し、国際編集委員会の各編集者に寄稿の受理または却下の全権限を与えることなどを行った。彼は、} Comments on Condensed Matter Physics (Gordon and Breach) (1971-1981) の共同編集者であり、 Elsevierが発行するContemporary Concepts of Condensed Matter Science [ ^5]シリーズの創刊編集者および共同編集者でもある。

バースタインは、化学部のロバート・ヒューズ、冶金学部のロバート・マッデン（ともにペンシルベニア大学）とともに、大学内に材料の基礎研究のための研究所を設立するという提案を主導した。これがきっかけで、1961年にペンシルベニア大学に 物質構造研究研究所（LRSM） ^{[6]が設立された。}

バースタインの先駆的な科学的業績は、凝縮物質が示す基本的な光学現象の理解に大きな影響を与えました。海軍研究所(NRL)でのダイヤモンド構造結晶、岩塩型結晶、閃亜鉛鉱型結晶に関する初期の研究は、それらの赤外線特性を解明し、長波長格子振動による二次赤外線吸収のメカニズムを電気的および機械的非調和性の観点から説明しました。^{[7] [8]}液体ヘリウム温度でのシリコンとゲルマニウムの不純物の光イオン化による赤外線光伝導性に関する彼の基礎研究^{[9] [10]は、}不純物ドープシリコンおよびゲルマニウム赤外線検出器の開発の基礎となりました。^[3]彼の最も引用されている出版物となった 1954 年の論文^[11]は、ベル研究所の研究者によって報告されていたInSbのバンド間光吸収端の高エネルギーへの「異常なシフト」を説明しています。^[12] このシフトは、パウリの排他原理により伝導帯または価電子帯のキャリア占有状態への遷移が禁じられている場合に、光バンド間遷移における波数ベクトルの保存から生じる。NRLでのその後の研究では、バースタインと彼の協力者は低温吸収スペクトルを使用してシリコンの浅い不純物の励起状態を研究し、既存の理論モデルからの逸脱を検出した。^{[13] [14]他の研究では、彼らは}半導体のバンド間磁気光学遷移を調査し、^{[15] [16]}ランダウサブバンド間のバンド間遷移の観点から現象の理論を定式化した。彼らはまた、室温で赤外線の周波数でInSbの電子のサイクロトロン共鳴を初めて観測したと報告し、 ^[17]これを価電子帯または伝導帯内の離散的なランダウ準位間のバンド内光遷移に対応するものとして量子力学的に説明した。^[18]

ペンシルバニア大学では、バースタイン博士と大学院生たちが半導体、絶縁体、金属、半導体内の二次元電子プラズマに関する画期的な研究を続け、固体材料の光学挙動の理解に貢献した。バースタイン博士は、半導体と絶縁体に関する基礎研究にレーザーを使用した最初の一人であり、非弾性光（ラマン）散乱現象の根底にあるメカニズムとその観察条件の決定に重要な役割を果たした。彼と学生は、印加電場がダイヤモンド構造結晶の長波長光格子振動によって通常は禁制の赤外線吸収を誘発することを観察した。^{[19] [20] [21]この現象は、}電磁放射に結合する振動電気モーメントの生成に起因するものであった。さらなる研究により、表面空間電荷電場とそれに伴うバンドベンディングが、 InSbの縦方向光振動モードによる通常は禁制のラマン散乱を誘発する役割の調査につながった。 ^{[22] [23] [24]この現象は}PbTeおよびSnSe表面でのバンドベンディングの分光プローブとして使用され、バンドベンディングの表面配向への依存性を決定するために使用されました。^{[25] [26]}

バースタインとその共同研究者は、半導体表面の界面における表面ポラリトンによるラマン散乱の理論的定式化も行い、この現象を観測するための条件を特定し、後方散乱がこれまで観測されなかった理由を説明した。後方散乱の断面積は前方散乱の断面積よりも桁違いに小さいからである。 ^{[27]彼らは、} BaTiO ₃の「ソフト」光学フォノンによるラマン散乱を測定し、光格子振動ポラリトンによる前方ラマン散乱の測定を使用して、その低周波誘電定数を決定した。 ^[28]これは、ポラリトンの最初の実用的応用と呼ばれている。^[2] 彼らはまた、金属表面に吸着した分子による表面増強ラマン散乱 (SERS) の 2 つの主要なメカニズムを定式化した。表面粗さによる入射および散乱電磁場の増強と、分子間吸着分子-金属基板電荷移動共鳴の発生である。^{[29] [30]} GaAs表面での単一粒子励起による非弾性光散乱は、n-GaAsのE ₀ + Δ _{0エネルギーギャップ付近のレーザー周波数を使用して観測されました。} ^[31] Bursteinと同僚は、極性半導体の反転層と量子井戸（つまり、2次元電子系）における単一粒子励起による光散乱の断面積は、直接的な光学バンド間遷移が伝導帯または価電子帯のいずれかのキャリア占有状態を伴うエネルギーギャップでの入射レーザー周波数に対して大幅に増加することを指摘しました。^{[32] [ 33] [34]}この洞察とさらなる研究により、2次元プラズマにおける電荷キャリアによる非弾性光散乱の基礎となるメカニズムと、極性半導体の結合したLOフォノン-サブバンド間励起モードの特定の性質が定式化されました。バースタインと大学院生たちは、貴金属表面の非線形光学応答（三波混合と第二高調波発生）の理論的・実験的研究を行い、共鳴三波混合を、固有表面状態と表面改質連続状態を伴う三段階電子プロセスの観点から解釈した。^[35]

バースタインは晩年、共同研究者らと共同研究者らが、滑らかな金属表面に近接したフラーレン分子C _{60 (「バッキーボール」) が、通常は禁制の発光モード、すなわち一重項}励起子 蛍光と三重項励起子燐光を示すことを発見した。金属誘起蛍光は分子の対称性の低下によるものとされた。金属誘起燐光は分子と金属原子のスピン軌道相互作用による分子の一重項および三重項励起子状態の混合、および励起分子と金属間の電子の仮想ホッピングによる一重項および三重項状態の混合によるものとされた。これらはいずれも分子の燐光を発光させる新しいメカニズムである。^{[36] [37]}

• 「固体におけるトンネル現象」、E. バースタイン、S. ルンドクヴィスト編（プレナム プレス、ニューヨーク、1969 年）
• エンリコ・フェルミ サマースクールコース LII「固体の原子構造と特性」、E. バースタインおよび F. バッサーニ編 (Academic Press Inc、ニューヨーク、1972 年)
• E. Burstein と F. De Martini 編著「ポラリトン」に関する会議議事録 (Pergamon Press、ニューヨーク、1974 年)。
• 非弾性光散乱：1979 年カリフォルニア州サンタモニカで開催された 1979 年日米セミナーの議事録、E. Burstein および H. Kawamura 編。(Pergamon Press、ニューヨーク、1980 年)
• 「閉じ込められた電子と光子：新しい物理学と応用」、NATO 上級サマースクールの講義集、イタリア、エリチェ、E. Burstein および C. Weisbuch 編 (Plenum Press、ロンドン、1995 年)。

バースタイン氏は、以下を含む数々の栄誉を受けました。

• ブルックリン大学化学科金メダル（1938年）「化学の学部生として優れた成績」を受賞。
• ワシントン科学アカデミー年次賞（1957年）^[38]「半導体の不純物レベルと有効質量に関する卓越した研究が認められて」（40歳未満の人に授与）。
• ブルックリン大学卒業生栄誉賞 (1960 年)「固体物理学者としての主要な実験的業績に対して」
• 米国科学アカデミーへの選出（1979年）^[39]「凝縮物質物理学における顕著な貢献、特に半導体の光学特性に関する先駆的な研究が認められた。」
• フランクリン研究所ジョン・プライス・ウェザリル賞（1979年）「固体の光学特性の科学と光伝導技術への応用に対する顕著な貢献が認められて」
• グッゲンハイム財団フェローシップ（1980年）^[40]
• アメリカ物理学会フランク・イサクソン賞（1986年）「半導体と絶縁体の光学特性、特に外因性光伝導性、異常なバンド端光吸収シフト（バースタインシフト）、半導体の磁気光学効果、赤外線およびラマン過程に関する先駆的な研究」^[41]
• フォン・フンボルト米国上級科学者賞 (1988–90、1991–92)
• スウェーデン、ヨーテボリのチャルマース工科大学名誉工学博士号（1981年）^[42]
• ニューヨークのブルックリン大学（1985年）^[43] 、ジョージア州アトランタのエモリー大学（1994年） ^[44]、オハイオ州立大学（オハイオ州コロンバス）（1999年）^[45]から名誉理学博士号を授与される。
• アメリカ物理学会フェロー（1965年）^{[46] 、}アメリカ光学会フェロー（1965年）、アメリカ科学振興協会フェロー（2002年）^[47]

バースタインは、1917 年 9 月 30 日にニューヨークのブルックリンで、ロシア生まれのユダヤ人であるサミュエル バースタイン (1890-1950) とサラ プロトキン (1896-1985) の両親のもとに生まれました。1943 年 9 月 19 日にレナ ルース ベンソンと結婚しました。彼には 3 人の娘 (ジョアンナ、サンドラ、ミリアム) と 2 人の孫がいます。

バースタインは2017年6月17日にペンシルベニア州ブリンマーで99歳で亡くなった。^[48]

• ジェームズ・M・吉川、ユージン・メレ、アーロン・ピンチュク、エリオ・トサッティ、アルジュン・G・ヨド、「エリアス・バースタイン」、米国科学アカデミー伝記回想録（2019年）