Jan Czochralski

To bez jego odkryć prawdopodobnie nie istniałaby elektronika i wszystko to, z czego ludzie korzystają na co dzień: komputery, Internet, Facebook, nowoczesne samochody, samoloty, telefony komórkowe i drony, skutery, pociągi, a nawet uliczna sygnalizacja świetlna sterowana procesorami.

Biografia.

Jan Czochralski urodził się 23 października 1885 r. w miejscowości Kcynia (Eksin był wówczas nazwą pruskiego miasta, ponieważ Polska była podzielona między Austrię i Prusy) niedaleko Bydgoszczy. Był ósmym dzieckiem w rodzinie Franciszka i Marty Czochralskich, którzy należeli do klasy rzemieślniczej.

Już jako dziecko Jan wyróżniał się głodem wiedzy, zwłaszcza chemicznej, co często sprawiało rodzicom pewne trudności. Chłopiec nie potrafił ograniczyć się do studiowania materiału z podręczników, starał się wszystko sprawdzać i przeprowadzać eksperymenty w praktyce w piwnicy swojego domu. Czasami eksperymenty nie kończyły się dobrze i ten aspekt martwił jego rodziców. Doszło do tego, że ojciec postawił synowi ultimatum: albo poważnie studiować chemię, albo całkowicie zrezygnować z tego biznesu, a Yan wybrał pierwszą opcję. Kiedy skończył szesnaście lat, opuścił dom i przez jakiś czas pracował jako pomocnik aptekarza w Krotoszynie.

W 1904 roku Jan Czochralski przeniósł się do Berlina, gdzie rozpoczął pracę w laboratorium Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft (AEG), ale nie zrezygnował ze studiów. W tym samym czasie studiował na Królewskim Uniwersytecie Technicznym, który jest obecnie znany na całym świecie jako Politechnika Berlińska. Według jego biografów uczęszczał na wykłady jako wolny słuchacz, więc jego nazwiska nie można znaleźć na żadnych oficjalnych listach instytucji. Tytuł inżyniera otrzymał w 1910 roku, prawdopodobnie dzięki pracy w AEG, a nie dyplomowi.

Kariera naukowa

Pierwsze kroki w nauce Jan stawiał pracując w laboratorium Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft (AEG) w Berlinie, gdzie był zatrudniony od 1904 roku. Jego zainteresowanie krystalografią metali i obserwacją defektów w strukturach metali rozwijało się pod kierunkiem Wicharda von Mellendorfa, założyciela laboratorium. W latach 1911-1914 Jan Czochralski pracował jako asystent Wicharda von Mellendorfa, założyciela laboratorium, w AEG. Wspólnie opublikowali pierwszą pracę naukową na temat krystalografii metali i obserwacji defektów.

Pierwszy prawdziwy sukces naukowy Czochralskiego miał miejsce w 1916 roku, kiedy udało mu się opracować metodę hodowli monokryształów, która później stała się znana jako metoda Czochralskiego. Metoda ta znacząco poprawiła jakość kryształów wykorzystywanych w przemyśle.

Ciekawostka: odkrycie było wynikiem zwykłej nieuwagi: pewnego razu, zamiast zanurzyć pióro w atramencie, zanurzył je w tyglu ze stopioną cyną i zobaczył, że na czubku pióra utworzyła się cienka nić utwardzonego metalu. Obserwacja ta stała się później podstawą do odkrycia metody hodowli kryształów.

Po tym odkryciu kariera Czochralskiego nabrała rozpędu i w 1917 roku przeniósł się do Frankfurtu nad Menem, gdzie założył Laboratorium Metalurgiczne w Metallgesellschaft AG. Pod jego kierownictwem opracował kilka ważnych prac naukowych i patentów, w tym patent na bezcynowy stop łożyskowy dla kolei.

Chokhralsky opublikował wiele prac naukowych, w tym Ein neues Verfahren zur Messung des Kristallisationsgeschwindigkeit der Metalle ("Nowa metoda pomiaru szybkości krystalizacji metalu") i Moderne Metallkunde in Theorie and Praxis ("Nowoczesna metalurgia w teorii i praktyce"), które dotyczyły nie tylko krystalografii, ale także problemu anizotropii twardości pojedynczych kryształów.

W 1929 r., na zaproszenie obecnego Prezydenta RP Ignacego Mościckiego, Jan Czochralski powrócił do ojczyzny i objął stanowisko profesora na Wydziale Chemicznym Politechniki Warszawskiej, gdzie później otrzymał tytuł doktora honoris causa. Pod jego kierownictwem utworzono Wydział Metalurgii i Metaloznawstwa oraz Instytut Metalurgii i Metaloznawstwa, które działały głównie na rzecz polskiego Ministerstwa Obrony Narodowej.

"Do powrotu do Polski skłaniało mnie to, że miałem dorastające dzieci i chciałem je posłać do polskiej szkoły, aby zapobiec ich germanizacji". - Jan Czochralski

Metoda Czochralskiego

Metoda Czochralskiego, opracowana przez utalentowanego naukowca w 1916 roku, to proces wyhodowania pojedynczych kryształów ze stopionego materiału, który polega na zanurzeniu małego ziarna kryształu w tyglu ze stopionym materiałem, który jest następnie powoli wyciągany ze stopionego materiału podczas obracania. Pozwala to materiałowi zestalić się na ładunku w postaci dużego pojedynczego kryształu.

Odkrycie Chokhralsky'ego było prawdziwie rewolucyjne w materiałoznawstwie i mikroelektronice. Umożliwiło wytwarzanie wysokiej jakości monokryształów, które są podstawą produkcji wielu nowoczesnych materiałów. Metoda ta umożliwiła tworzenie ultraczystych kryształów, które mają ważne właściwości do wykorzystania w zaawansowanych technologicznie gałęziach przemysłu.

Metoda Czochralskiego ma fundamentalne znaczenie dla hodowli monokryształów krzemu, który jest wykorzystywany do produkcji półprzewodników. Kryształy krzemu wyhodowane przy użyciu jego metody były i nadal są wykorzystywane do produkcji mikroprocesorów, tranzystorów i innych komponentów elektronicznych.

Oprócz krzemu, słynna metoda jest również wykorzystywana do hodowli germanu, szafiru i innych materiałów, które są niezbędne w optoelektronice, technologii laserowej i innych gałęziach przemysłu high-tech.

Warto zauważyć, że ze względu na swoją wszechstronność i wydajność, metoda Czochralskiego pozostaje integralną częścią nowoczesnego przemysłu elektronicznego i nadal ma stały wpływ na rozwój nowoczesnych technologii.

Wpływ na współczesną naukę

Metoda odkryta przez Jana Czochralskiego zrewolucjonizowała dziedzinę w tamtym czasie i nadal ma znaczący wpływ na współczesną fizykę i materiałoznawstwo, ponieważ umożliwiła wzrost wysokiej jakości monokryształów niezbędnych do badań podstawowych. Metoda ta otworzyła nowe możliwości dla badań w dziedzinie krystalografii, fizyki ciała stałego i materiałoznawstwa. Dzięki wysokiej czystości i doskonałości strukturalnej kryształów naukowcy mogą teraz badać właściwości materiałów na poziomie atomowym, co jest nieocenione dla zrozumienia procesów fizycznych i opracowywania nowych materiałów.

Jednym z najważniejszych zastosowań metody Yanga jest produkcja kryształów krzemu dla mikroelektroniki. Krzem wyhodowany przy użyciu tej metody jest głównym materiałem do produkcji mikroprocesorów, tranzystorów i układów scalonych stosowanych w komputerach, smartfonach, samochodach i wielu innych urządzeniach elektronicznych. Kryształy krzemu wytwarzane metodą Czochralskiego charakteryzują się wysoką doskonałością strukturalną i minimalną liczbą defektów, co ma kluczowe znaczenie dla funkcjonowania nowoczesnych urządzeń półprzewodnikowych.

Odkrycie Czochralskiego znacząco poprawiło jakość materiałów wykorzystywanych w elektronice i innych gałęziach przemysłu high-tech. Metoda została wykorzystana jako podstawa do produkcji ultraczystych kryształów, które są nadal wykorzystywane w optoelektronice, technologii laserowej i innych dziedzinach. Wynalazek ten znacząco przyczynił się również do rozwoju nowych materiałów i technologii, takich jak urządzenia półprzewodnikowe, ogniwa słoneczne i technologie LED.

Nagrody

Ze względu na swój nieoceniony wkład w naukę i technologię, Jan Czochralski otrzymał liczne wyróżnienia i nagrody w trakcie swojej kariery, aby wymienić tylko kilka z nich:

• Honorowe Stypendium Instytutu Metali w Londynie: Nagroda ta została przyznana Czochralskiemu za jego znaczący wkład w naukę o metalach i materiałoznawstwi;
• Order Odrodzenia Polski: Czochralski został odznaczony tym orderem za osiągnięcia naukowe i wkład w rozwój polskiego przemysłu;
• Założyciel Niemieckiego Towarzystwa Metaloznawczego: Czochralski był jednym z założycieli tego towarzystwa w 1919 r. i pełnił funkcję prezesa w 1925 r;
• Medal Wolfa: Nagroda przyznawana za wybitne osiągnięcia w dziedzinie nauki i techniki;
• Medal Towarzystwa Przemysłu Chemicznego: Medal ten został przyznany Czochralskiemu za wybitne osiągnięcia w dziedzinie chemii i metalurgii.

Wszystkie te wyróżnienia są bezpośrednim świadectwem geniuszu Jana Czochralskiego i wyrazem najwyższego uznania dla jego owocnej pracy i znaczącego wkładu w rozwój nowoczesnej nauki i techniki.

Działalność w czasie wojny i po jej zakończeniu

W czasie okupacji hitlerowskiej Jan Czochralski założył na Politechnice Warszawskiej Zakład Badań Materiałów, którym kierował aż do Powstania Warszawskiego w 1944 roku. Pod pozorem wykonywania obowiązków służbowych na rzecz różnych instytucji i służb miejskich, na wydziale działała tajna komórka Armii Krajowej, która aktywnie produkowała podzespoły do broni dla ruchu oporu. Działalność w fabryce uchroniła wiele osób przed aresztowaniem i wywózką.

"W czasie okupacji mieszkałem w Warszawie, w swoim szesnastopokojowym dworku. Mieszkałem tam tylko z moją sześcioosobową rodziną, oprócz nas były dwie Żydówki, które zostały z nami do powstania. Naziści kilkakrotnie próbowali zająć dwór, ale im się to nie udało. Sądzę, że było to spowodowane tym, że moje nazwisko było dobrze znane w kręgach akademickich". - Jan Czochralski.

Upokorzenie i śmierć

Po wojnie Czochralski został oskarżony o kolaborację z okupantem, po czym w kwietniu 1945 r. został aresztowany i spędził cztery miesiące w więzieniu w Piotrkowie Trybunalskim. Dzięki zeznaniom świadków, że Czochralski ratował ludzi, nie udowodniono mu zarzutów, śledztwo umorzono, zarzuty wycofano, a on sam wyszedł na wolność. Mimo to Senat VTU zdecydował o wydaleniu go z uczelni. Wyczerpany psychicznie i zdruzgotany Jan Czochralski postanowił wrócić do rodzinnej Kcini, gdzie wraz z przyjaciółmi założył firmę BION, produkującą chemikalia (gutaperkę, lakiery, świece itp.).

Jak się okazało, profesor miał nie tylko talent do nauki, ale także niezwykły talent przedsiębiorczy. Jego płyn perm był używany w pierwszych latach XXI wieku. A najpopularniejszym produktem firmy był zimny proszek "z gołębiem" (na opakowaniu widniał gołąb).

Działalność firmy rozwijała się dynamicznie, co oczywiście przyciągnęło uwagę służb bezpieczeństwa. 22 kwietnia 1953 r. w domu Jana Czochralskiego przeprowadzono rewizję, w wyniku której doznał on zawału serca i zmarł tego samego dnia w poznańskim szpitalu. To właśnie w tamtych latach świat naprawdę zaczął rozumieć wartość jego odkryć, a za kilka lat, gdy znaczenie elektroniki półprzewodnikowej nie podlegało już dyskusji, Czochralski prawdopodobnie zostałby jednym z laureatów Nagrody Nobla. Badacz pozostawił po sobie ponad 120 publikacji naukowych, co czyniło go najczęściej cytowanym polskim naukowcem.

Tymczasem w Polsce Ludowej nazwisko Czochralskiego przez długi czas było zakazane. W 1978 r. artykuł o nim znalazł się do radzieckiej "Wielkiej Encyklopedii", w której określano go jako czeskiego chemika. Po raz pierwszy przypomniano sobie o nim i dyskutowano w jego ojczyźnie po upadku reżimu komunistycznego w Polsce. Senat Politechniki Warszawskiej zrehabilitował profesora 66 lat po pozbawieniu go wszystkich tytułów i stopni naukowych oraz zwolnieniu z pracy, czyli dopiero w 2011 roku.

Najsłynniejsze prace naukowe

Jan Czochralski pozostawił po sobie prawdziwie fundamentalną spuściznę naukową w postaci odkryć i licznych publikacji, które znacząco wpłynęły na ogólny rozwój nauki i techniki. Do najbardziej znanych prac naukowych należą

1. "Ein neues Verfahren zur Messung des Kristallisationsgeschwindigkeit der Metalle" ("Nowa metoda pomiaru szybkości krystalizacji metali"): Opublikowana w 1918 r. praca ta miała fundamentalne znaczenie dla opracowanej przez Czochralskiego metody hodowli monokryształów. Metoda ta miała kluczowe znaczenie dla rozwoju przemysłu półprzewodników i produkcji wysokiej jakości kryształów;
2. "Moderne Metallkunde in Theorie und Praxis" ("Nowoczesna metalurgia w teorii i praktyce"): Książka ta, opublikowana w 1924 roku, stała się ważnym przewodnikiem do studiowania metalurgii i metaloznawstwa. Obejmuje aspekty teoretyczne i praktyczne metody obróbki metali, które są nadal stosowane;
3. Patent na bezcynowy stop łożyskowy (1924): Znany jako stop "B", patent ten obejmował stworzenie stopu bez cyny, który był wykorzystywany w przemyśle kolejowym w wielu krajach, w tym w Stanach Zjednoczonych, Francji i Anglii. Stop ten charakteryzował się wysoką odpornością na zużycie i był znaczącym osiągnięciem w dziedzinie materiałoznawstwa;
4. "Einige Bemerkungen über die mechanischen Eigenschaften von Metallen" ("Kilka uwag na temat mechanicznych właściwości metali"): W pracy tej Czochralski badał właściwości mechaniczne różnych metali, w szczególności anizotropię twardości monokryształów. Badania te miały ogromne znaczenie dla zrozumienia właściwości plastycznych materiałów;
5. "Wzrost monokryształów germanu": Praca ta, opublikowana w 1950 roku we współpracy z amerykańskimi naukowcami, rozszerzyła zastosowanie metody Czochralskiego do wzrostu monokryształów germanu, które stały się podstawą rozwoju technologii półprzewodników.