Za každým počítačem, mobilním telefonem nebo LED diodou, které dnes usnadňují náš každodenní život i průmyslovou výrobu, stojí roky hlubokého teoretického výzkumu polovodičů. Jednou z nejvýraznějších osobností, která formovala samotné základy moderní elektroniky, byla americká fyzička a chemička Esther Marley Conwell (23. května 1922 – 16. listopadu 2014). Její průlomové objevy ohledně chování elektronů významně pomohly odstartovat počítačový věk.
Vzdělání a zrození fundamentální teorie
Esther M. Conwell vyrostla v New Yorku jako nejstarší ze tří dcer v rodině imigrantů, kde bylo vzdělání kladeno na první místo. Již během studií na střední škole projevovala velký zájem o fyziku a biologii, ačkoli chemii paradoxně nestudovala. Své vzdělání následně završila mimořádnými úspěchy na prestižních amerických univerzitách:
• Bakalářský titul (B.A.) z fyziky získala na Brooklyn College v roce 1942.
• Magisterský titul (M.S.) z fyziky obhájila na University of Rochester v roce 1945, kde spolupracovala s významným fyzikem Victorem Weisskopfem.
• Doktorát z fyziky (Ph.D.) pak získala v roce 1948 na University of Chicago pod vedením budoucího nositele Nobelovy ceny Subrahmanyana Chandrasekhara.
Právě během zpracování své magisterské práce definovala takzvanou Conwell-Weisskopfovu teorii. Tato teorie popisuje, jakým způsobem putují elektrony v polovodičích v závislosti na rozptylu způsobeném nečistotami. Dodnes jde o klíčový předpoklad pro pochopení principu tranzistorů a základní kámen celého odvětví polovodičové fyziky a elektroniky.
Kariéra v průmyslu navzdory překážkám
V roce 1948, kdy Conwell obdržela svůj doktorát z fyziky, byla jednou z pouhých šesti žen ve Spojených státech, které podobný titul v tomto oboru měly. Kvůli diskriminačním praktikám tehdejší doby pro ni bylo zpočátku téměř nemožné získat akademickou definitivu na vysokých školách. Překážkám čelila i v praxi – během své stáže u společnosti Western Electric jí byl například snížen plat a pozice překlasifikována z „asistent inženýra“ na „asistentka inženýrů“, protože firemní mzdový systém neměl pro ženu na inženýrské pozici vytvořený kód.
Své obrovské nadání proto zpočátku plně uplatnila v průmyslovém a komerčním výzkumu:
• Bell Laboratories: Působila zde v letech 1951–1952 jako výzkumnice a spolupracovala přímo s vynálezcem tranzistoru Williamem Shockleym. Právě zde se začala hluboce věnovat problematice „horkých elektronů“.
• Sylvania / GTE: V této společnosti strávila celých 20 let teoretickou analýzou germania a křemíku.
• Xerox: Od roku 1972 pracovala ve výzkumném centru Xerox Wilson Research Center. Její výzkum se zaměřil na mechanismy přenosu elektrického náboje, které jsou dnes zcela nezbytné pro fungování moderních tiskáren a kopírek.
Významná ocenění a literární odkaz
Esther M. Conwell během své výjimečné kariéry získala 4 patenty a publikovala přes 270 odborných prací. Její uznávaná učebnice High Field Transport in Semiconductors, vydaná roku 1967, se stala absolutním standardem a autoritativním textem ve svém oboru.
Za svůj celoživotní přínos obdržela obrovské množství poct a stala se průkopnicí pro další generace vědkyň, kterým dělala mentorku.
• V roce 1997 se stala první ženou v historii, která získala prestižní medaili IEEE Thomas Alva Edison Medal za své fundamentální příspěvky k teorii transportu v polovodičích.
• Byla teprve druhou ženou zvolenou jak do americké Národní akademie inženýrství (1980), tak do Národní akademie věd (1990).
• V roce 2009 jí prezident Barack Obama slavnostně udělil jedno z nejvyšších státních ocenění – Národní medaili za vědu (National Medal of Science).
Své kariérní působení nakonec přesunula na University of Rochester, kde se v pozdějších letech věnovala fascinujícímu studiu toho, jak se elektrický náboj pohybuje strukturou lidské DNA. Svou práci aktivně rozvíjela až do nešťastného 16. listopadu 2014, kdy ve věku 92 let zemřela na následky zranění poté, co ji srazilo auto couvající ze sousedovy příjezdové cesty.
Spolehlivý základ pro moderní technologie
Práce Esther M. Conwell formovala podobu dnešního světa – bez jejích zjištění by nevznikl mikroelektronický průmysl v takové podobě, v jaké ho známe, a přišli bychom o inovace, jako jsou solární články, sítě pro dálkovou komunikaci či technologie moderního LED osvětlení. Její precizní matematické a fyzikální modely chování elektronů nám dnes umožňují navrhovat špičkové elektronické komponenty. Právě z těchto hlubokých fundamentálních znalostí chování polovodičů dnes těží výrobci při vývoji sofistikovaných napájecích zdrojů, spolehlivých měničů i řídicích systémů, na jejichž bezchybný chod spoléhá dnešní digitalizovaný svět.