Emeritní profesor Hank Smith oceněn za průkopnickou práci v nanofabrikaci

Nanostruktury, složité vzory neviditelné pouhým okem, jsou základem moderního života. Používají se v tranzistorech mikročipů, v mřížkových substrátech rentgenových teleskopů ve vesmíru a pohánějí inovace v medicíně, udržitelnosti a kvantovém počítání.

Od 70. let 20. století byl Henry „Hank“ Smith, emeritní profesor elektrotechniky na MIT, přední osobností v tomto oboru. Byl průkopníkem v oblasti blízkosti rentgenové litografie a dokázal, že krátká optická vlnová délka rentgenových paprsků umožňuje vytvářet vysoce rozlišitelné vzory v nanometrovém měřítku. Smith také významně pokročil v oblasti fázově posouvajících masek (PSM), techniky, která narušuje světelné vlny pro zlepšení kontrastu. Jeho návrh tlumených PSM, který vytvořil ve spolupráci s postgraduálními studenty Markem Schattenburgem (PhD ʼ84) a Erikem H. Andersonem (ʼ81, SM ʼ84, PhD ʼ88), se dodnes používá v polovodičovém průmyslu.

Za tyto přínosy, stejně jako za mimořádně významné úspěchy v oblasti litografie s ponořením do kapaliny, achromatické interferenční litografie a litografie s polem zónních destiček, Smith nedávno obdržel Cenu SPIE Frits Zernike Award za mikrolitografii 2025. Toto ocenění uděluje Společnost pro fotooptickou instrumentaci a inženýrství (SPIE) vědcům za jejich mimořádné úspěchy v mikrolitografické technologii.

„Cena Zernike je impozantní pocta, která náležitě oceňuje Hankovy průkopnické přínosy,“ říká Karl Berggren, profesor elektrotechniky Joseph F. a Nancy P. Keithley na MIT a vedoucí fakulty elektrotechniky. „Ať už to bylo ve třídě, na vědecké konferenci nebo v laboratoři, Hank přistupoval ke své práci s vysokou úrovní vědecké rigoróznosti, která mu pomohla být o desítky let před průmyslovou praxí.“

Nyní 88letý Smith získal mnoho dalších vyznamenání. Obdržel také cenu SPIE BACUS Prize, byl jmenován členem Národní akademie inženýrství a je členem Americké akademie umění a věd, IEEE, Národní akademie vynálezců a Mezinárodní společnosti pro nanotechnologie.

Spuštění nano hranic

Od útlého věku byl Smith fascinován světem kolem sebe. Rozebíral hodiny, aby zjistil, jak fungují, prozkoumával přírodu a dokonce pozoroval pohyb vody. Po absolvování střední školy v New Jersey studoval fyziku na College of the Holy Cross. Odtud pokračoval v doktorátu na Boston College a tři roky sloužil jako důstojník v americkém letectvu.

Práce v MIT Lincoln Laboratory nakonec změnila Smithovu kariérní dráhu. Tam se setkal s návštěvníky z MIT a Harvardovy univerzity, kteří sdíleli své velké nápady na elektronická a povrchová akustická vlnová zařízení, ale byli zablokováni fyzickými limity výroby. Jen málokdo se však byl ochoten s touto výzvou vypořádat.

„Úkol výroby věcí byl obvykle odmítnut s tím, že ‚no, to necháme na nějakých technikách‘,“ řekl Smith ve své ústní historii pro Centrum pro nanotechnologie ve společnosti. „A intelektuální obsah technologie výroby nebyl oceněn lidmi, kteří byli ‚tradičně vzděláváni‘, myslím si.“

Smith, více se zajímající o řešení problémů než o udržení akademické hodnosti, se pustil do pochopení vědy o výrobě. Jeho průlom v rentgenové litografii ukázal světu potenciál a možnosti práce v nanometrovém měřítku, říká Schattenburg, který je hlavním výzkumným pracovníkem v MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research.

„Jeho raná práce dokázala lidem na MIT a výzkumníkům po celé zemi, že nanofabrikace má smysl,“ říká Schattenburg. „Tím, že ukázal, co je možné, Hank skutečně nastartoval nano hranice.“

Otevření černé skříňky litografie

Do roku 1980 Smith opustil Lincoln Lab pro hlavní kampus MIT a pokračoval v prosazování nových nápadů ve své laboratoři NanoStructures Laboratory (NSL), dříve Submicron Structures Laboratory. NSL sloužila jako výzkumná laboratoř a servisní dílna, která poskytovala optické mřížky, což jsou kusy skla rytých submikronovými periodickými vzory, komunitě MIT a externím vědcům. Byla to rušná doba pro laboratoř; NSL přitahovala postgraduální studenty a mezinárodní návštěvníky. Přesto Smith a jeho zaměstnanci zajistili, že každý, kdo navštíví NSL, obdrží také úvod do nanotechnologie.

„Hank nikdy nechtěl, aby cokoli, co jsme vyrobili, bylo bráno jako černá skříňka,“ říká Mark Mondol, expert na e-beam litografii z MIT.nano, který strávil 23 let prací se Smithem v NSL. „Hank vždycky velmi dbal na to, aby lidé rozuměli naší práci a tomu, jak se dělá, a byl perfektní člověk, který to vysvětloval, protože mluvil velmi jasně a v základních termínech.“

Fyzický prostor NSL v budově MIT 39 byl uzavřen v roce 2023, deset let poté, co se Smith stal emeritním fakultním členem. Znalí zaměstnanci a jedinečné schopnosti NSL byly přeneseny do MIT.nano, které nyní slouží jako centrální centrum MIT pro podporu pokroků v nanotechnologiích a nanovědách. Nezastavitelný Smith nadále přispívá svou moudrostí do stále se rozvíjející nano komunity tím, že pořádá přednášky na schůzkách komunity NSL na MIT.nano zaměřené na litografii, nanofabrikaci a jejich budoucnost.

Smithova kariéra zdaleka není u konce. Prostřednictvím svého start-upu LumArray Smith pokračuje v posouvání hranic znalostí. Nedávno vymyslel metodu bezezmaskové litografie, známou jako rentgenová bezezmasková litografie (XML), která má potenciál snížit výrobní náklady mikročipů a zabránit prodeji padělaných mikročipů.

Dimitri Antoniadis, emeritní profesor elektrotechniky a informatiky na MIT, je Smithovým dlouholetým spolupracovníkem a přítelem. Podle něj je Smithův závazek k výzkumu prakticky neslýchaný.

„Jakmile profesoři dosáhnou emeritního postavení, obvykle inspirují a dohlíží na výzkum,“ říká Antoniadis. „Je velmi vzácné, aby emeritní profesoři dělali veškerou práci sami, ale on to miluje.“

Trvalý vliv

Smithovo dědictví sahá daleko za průkopnické nástroje a techniky, které zavedl, říkají jeho přátelé, kolegové a bývalí studenti. Jeho neúnavná zvědavost a závazek k jeho postgraduálním studentům pomohli posunout jeho obor vpřed.

Získal si reputaci, že sedí v první řadě na vědeckých konferencích a je připraven položit první otázku. Kolegové výzkumníci se někdy obávali, že ho tam uvidí.

„Hank nás udržoval poctivé,“ říká Berggren. „Vědci a inženýři věděli, že nemohou učinit tvrzení, které je trochu příliš silné, nebo použít data, která nepodporují hypotézu, protože Hank by je držel zodpovědné.“

Smith se nikdy neviděl jako ten hodný nebo zlý policajt – byl prostě zvědavý učeň, který se nebál vypadat hloupě.

„Existují slavné osobnosti, nositelé Nobelovy ceny, kteří sedí na vědeckých prezentacích a nemají tušení, o co jde,“ říká Smith. „To je úplná ztráta času. Pokud něčemu nerozumím, položím otázku.“

Jako poradce Smith kladl na své postgraduální studenty vysoké nároky. Pokud přišli nepřipraveni nebo jim chybělo porozumění jejich výzkumu, konfrontoval je tvrdými, neústupnými otázkami. Přesto byl také jejich největším zastáncem a pomáhal studentům, jako je Lisa Su SB/SM ʼ91, PhD ʼ94, která je nyní předsedkyní a generální ředitelkou společnosti AMD, a Dario Gil PhD ʼ03, který je nyní předsedou Národní rady pro vědu a seniorním viceprezidentem a ředitelem výzkumu v IBM, uspět v laboratoři i mimo ni.

Výzkumný specialista James Daley strávil téměř tři desetiletí na MIT, většinu z nich prací se Smithem. Během té doby viděl stovky absolventů, kteří se vrací, aby mu poděkovali. „Hankovi bývalí studenti jsou po celém světě,“ říká Daley. „Mnozí jsou nyní profesoři, kteří mentorují své vlastní postgraduální studenty a přinášejí s sebou něco z Hankova stylu. Jsou jeho největším odkazem.“