HORST STÖRMER VE ZKRATCE

Dr. Horst Störmer získal titul Ph.D. v roce 1977 na univerzitě ve Stuttgartu. Krátce poté, v roce 1978, nastoupil do AT&T Bell Labs a stal se členem týmu technických pracovníků. Roku 1983 se ujal vedení oddělení elektronických a optických vlastností pevných látek a v roce 1991 byl jmenován ředitelem výzkumné fyzikální laboratoře čítající přibližně 100 výzkumných pracovníků v osmi odděleních. V létě roku 1997 zaujal Dr. Störmer roli pomocného ředitele v Bell Labs, což mu poskytlo příležitost přijmout současně místo profesora v oddělení fyziky a aplikované fyziky na Columbia University. V roce 1998 obdržel společně s Daneilem C. Tsuiem a Robertem B. Laughlinem Nobelovu cenu za fyziku za objevení zlomkového kvantového Hallova jevu.

Těžištěm výzkumů Dr. Störmera je fyzika zhuštěné hmoty se zaměřením na polovodiče a především pak fyzika nízkorozměrných systémů jakými jsou např. 2-rozměrné, 1-rozměrné a 0-rozměrné systémy.

---

PODROBNÁ AUTOBIOGRAFIE

Narodil jsem se 6. dubna 1949 v městské nemocnici ve Frankfurtu nad Mohanem v Německu. Neboť jsem měl pupeční šňůru obmotanou dvakrát těsně kolem krku, strach rodičů o mentální zdraví jejich prvorozeného syna ustával jen postupně. Moji předci byli tamní farmáři, kováři, tesaři, majitelé hospod a obchodů. Moje matka, učitelka na základní škole, a můj otec, který se vyučil, se vzali v předcházejícím roce, krátce po devastující válce. Otevřeli si obchod s interiérovým vybavením v otcově domovském městě Sprendlingenu, snažili se vybudovat si živobytí a založit rodinu. O osmnáct měsíců později se bez problémů s pupeční šňůrou narodil bratr Heinz.

Sprendlingen, dnes část Dreieich, jižně od Frankfurtu, bylo město s nějakými 15 000 obyvateli. Byl jsem vychován v kruhu rozsáhlé rodiny čtyř strýců a tet, kteří dohromady s mými rodiči žili ve dvou domech se stodolami, chlévy a obchodem obklopujícími velký dvůr. Byl to ideální prostor pro dva chlapce vyrůstající dohromady s bratranci a sestřenicemi - a tato skupina byla vždy zvětšena o zástup kamarádů. Stavba ohromných pískových hradů s vodními příkopy a mosty, stanů z lepenkových krabic z obalů, tvorba propracovaných rytířských brnění z odřezků podlahových krytin a komplikovaných závodních drah pro kuličky z konzol na záclony zůstávají milými vzpomínkami na dětství.

Začal jsem chodit do mateřské školy ve třech letech a brzy poté mě následoval i bratr. Zdánlivě nekonečné množství kostek na hraní mne dozajista fascinovalo a rychle jsem se stal vůdčím architektem. Školní docházka v šesti letech byla šťastným údobím, které bylo doplňováno odpoledním hraním fotbalu na našem dvoře, potloukáním se po polích obklopujících město a stavěním desítek propracovaných papírových modelů lodí a vystřihovánek letadel.

Moji rodiče ani na okamžik nezapochybovali, že se jejich synům dostane nejlepšího možného vzdělání. Ačkoliv nikdo z mých předků neměl univerzitní vzdělání, rodiče považovali hodnoty dobrého vzdělání za prostředek k sociálnímu vzestupu. V jejich hodnotovém žebříčku stály znalosti vždy výše než bohatství - ale neodmítali ani možné spojení obou. K postupu na gymnázium, ve věku deseti let, bylo vyžadováno zvládnutí testu. Byl jsem přijat a od té doby jsem denně dojížděl po dobu osmi let pět kilometrů do Goethova gymnázia v sousedním městě Neu Isenburg.

Gymnázium bylo obtížné. Nebyl jsem obzvláště dobrým studentem. Miloval jsem matematiku a přírodní vědy, ale stěží procházel v německém, anglickém a francouzském jazyce. Představa, že obdržím "F" (nedostatečně) v některém z těchto předmětů se stále vynořovala v mé hlavě a mnoho let mne udržovala na pokraji toho, že budu muset opakovat ročník. Naštěstí existovalo "vyrovnávání" (Ausgleich), což umožňovalo vyrovnat špatnou známku v jednom předmětu dobrou známkou v jiném. Matematika a později fyzika mi umožnily projít školou, aniž bych musel opakovat. Vynikal jsem také ve sportu, obzvláště na dráze a poli, kde jsem vyhrál školní šampionát v závodě na 50 m. Sport ale nemohl být použit pro "vyrovnávání".

Jeden z mých učitelů vynikal nad ostatními - pan Nick. Učil matematiku a fyziku. Nový učitel, v podstatě hned po absolutoriu univerzity, mladý, otevřený, jasně hovořící, se smyslem pro humor, představoval to, jací by učitelé mohli být. Jeho láska a zvídavost v oblasti předmětů, které vyučoval, byly nakažlivé. Jako patnácti- či šestnáctiletí jsme četli úryvky z Feynmanových přednášek o fyzice v dobrovolném odpoledním kurzu, který tento učitel vedl.

Po získání značného mistrovství ve stavění dřevěných kostek a papírových modelů jsem přes stavění vláčků dosáhl až k úrovni "Elektro-Muž" a "Radio-Muž". Byly navrženy, zkonstruovány, zlepšeny a nemilosrdně zničeny desítky telefonních zařízení a osvětlení ke komunikaci mezi chlévy, což možná naznačovalo mé pozdější zaměstnání u komunikační společnosti. A pak zde, samozřejmě, byla i chemie, předmět, který jsem neoceňoval ve škole, ale který v sobě obsahoval tajemství k vytváření výbušnin. Postavil jsem raketu, která vrhala autíčko upravené z vláčku do vzduchu. Po několika úspěšných odpáleních mi raketa explodovala v ruce a utrhla mi polovinu pravého palce. Dostalo se mi důležitého ponaučení: raketa a bomba se liší jen výfuky. V průběhů dospívání mne toto jaksi ovlivňovalo, chybějící palec mne však osvobodil od vojenské služby. Dnes je to již nedůležitá, tělesná zvláštnost.

Vždy jsem se chtěl stát fyzikem. Pravděpodobně jsem to, v šesti letech, řekl pouze opraváři, který opravoval televizi u nás doma. Zjevně jsem měl jen mlhavou představu, co vlastně fyzik dělá. Nicméně tento cíl ve mně zůstával po celou dobu studia, ale náhle byl zcela převrácen v posledním ročníku gymnázia, když učitel výtvarné výchovy objevil můj návrhářský talent. Maturitní zkoušku jsem složil s průměrnými výsledky - celkem dobře v oblasti přírodních věd, ale dost špatně v humanitních předmětech - a začal jsem studovat architekturu na Technické vysoké škole v Darmstadtu, asi 20 km jižně od mého rodného města. Protože jsem si podal pozdě přihlášku, musel jsem se zapsat na obor "Lehrfach für Bauwesen", což byl příbuzný předmět, který se v prvním ročníku skládal z podobných kurzů jako studium architektury. Ukázalo se, že jsem velmi dobrý v tvorbě technického nákresu ptačí klece z jakéhokoli úhlu, ale velmi špatný v kresbě volnou rukou a rozhodl jsem se, že architektura není pro mne. Místo toho jsem pokračoval v následování mé skutečné lásky - fyziky.

Stejně jako v případě architektury v Darmstadtu, příliš jsem se opozdil se zápisem na fyziku na Goethovu univerzitu ve Frankfurtu, proto jsem začal s matematikou a následující rok přešel na fyziku. To byl rok 1968. Studentské protesty se valily přes akademické půdy od Berkeley po Berlín. Frankfurt byl hlavním místem pro nepokoje v ulicích a přednáškových síních. Pro mladého studenta, sotva obeznámeného s univerzitním životem, ve značné míře neznajícího cíl protestů, toto byly nejisté doby. Legitimní požadavky na reformy ve výuce byly spleteny s většími politickými otázkami vedoucími k absurdním happeningům na celé univerzitní půdě. Škoda byla způsobena jak instituci univerzity, tak i učitelskému sboru, zároveň však rok 1968 označoval začátek postupné a racionální reformy.

Studium fyziky a matematiky bylo báječné. Bylo to na hony vzdálené studiu na gymnáziu. Miloval jsem přesnost matematiky. Na fyziku jsme měli fascinující přednášky pro začátečníky od dvou následovníků známé "Pohlovy školy" v Göttingenu, prof. Martienssena a prof. Queissera. Přidal jsem se ke skupině podobně smýšlejících studentů, kteří společně studovali a relaxovali v kavárně Bauer. Život byl příjemný až do doby hlavní zkoušky ze všech předmětů na konci čtvrtého semestru.

U všech zkoušek z fyziky a matematiky - nějakých šest až osm písemných nebo ústních testů - se mi dařilo velmi dobře. Dařilo se mi tak dobře, že jsem se domníval, že není třeba, abych se učil na ten obávaný ústní test z chemie. Se samými jedničkami z fyziky a matematiky, co jiného může profesor chemie dělat než mne nechat projít u zkoušky? Mýlil jsem se a propadl, což vyžadovalo, abych složil všechny zkoušky znovu o šest měsíců později. Naštěstí profesoři matematiky a fyziky - z nichž někteří měli vlastní zkušenosti se zkouškami z chemie - se domluvili a slíbili, že mi v těchto předmětech ponechají známky. Šest měsíců jsem nestudoval nic jiného než chemii. Nikdy jsem se necítil sebejistěji, než když jsem šel ke zkoušce a uspěl jsem s hodnocením "A" (výborně) z chemie. V průběhu studia na vysoké škole i dalších studií jsem byl obezřetný v oblasti chemie. Počítání valenčních vazeb, memorování desítek výjimek z pravidel a stovek tajemných sloučenin mi nikdy nedávalo velký smysl. Svůj postoj k chemii jsem změnil v době, kdy jsem porozuměl kvantové mechanice a vzniku chemických vazeb.

Diplomovou práci - v Německu vyžadovaný krok k získání titulu Ph.D. - jsem vykonával ve Fyzikálním institutu profesora Wernera Martienssena pod dozorem mladého asistenta profesora Eckhardta Hoeniga. Profesor Hoenig se právě vrátil ze Spojených států, kde pracoval na vysoce citlivých supravodivých indikátorech, takzvaných SQUIDS. Cílem bylo použít těchto nových vynálezů ke studiu magnetických vlastností hemoglobinu k derivování geometrie jeho vazeb s kyslíkem. Byla to doba ohromného potěšení doplňovaná nesmírným učením se komplikovaných technik nízkých teplot. Hoenig byl čaroděj ve vynalézání a konstruování propracovaného vybavení k napadání fyzikálních otázek. Gerd Binnig, který později získal Nobelovu cenu za objevení vzorkovacího tunelového mikroskopu, byl dalším ze čtyř studentů pracujících v této době s Hoenigem v laboratoři. Pravděpodobně je to náhoda, přesto ale věřím, že naše vzdělávání v oblasti experimentální fyziky tam dole v suterénu této "novostavby" nebylo pro nikoho na druhém místě a silně ovlivnilo naše experimentální přístupy v průběhu našich profesionálních drah. Hemoglobin se nevázal na naše nástroje, přinejmenším v průběhu jednoho roku , a já jsem rychle vykonal určitá měření nečistot železa v magnesiu. Napsal jsem nezajímavou diplomovou práci na téma Magnetická anisotropie a její susceptibilita a získal jsem potřebnou licenci, abych mohl začít s Ph. D. prací.

V této době se můj horizont neočekávaně rozšířil. Nikdy mně ani mnohým mým vrstevníkům nepřišlo na mysl jít na univerzitu někam jinam než do Frankfurtu nebo Darmstadtu. Šli jsme na tu nejbližší a žili jsme doma, kde naše rodiny sídlily po generace. Ale na podzim roku 1974 přijel na návštěvu Wolfgang Kottler, bývalý student z Frankfurtu. Již dříve přesídlil do Grenoblu ve Francii, kde Institut Maxe Plancka pro výzkum pevného skupenství ze Stuttgartu společně s Francouzským národním centrem pro vědecký výzkum (CNRS) disponoval vybavením pro silné magnetické pole. Právě dokončoval svou doktorandskou práci u profesora Hans-Joachima Queissera a pátral po někom, kdo by ho v Grenoblu nahradil. Zpočátku jsem váhal udělat takovýto velký krok a navíc do země, jejíž jazyk jsem ve škole vůbec neovládl, pak jsem ale navštívil Grenoble a zeptal jsem se sám sebe: Proč ne?

To, že jsem odešel do Grenoble, byl nejdůležitější krok mého života. Opuštění známého prostředí domova, ponoření se do jiné kultury, jiného jazyka, setkání s novými lidmi, získání nových přátel bylo zpočátku děsivé, ale nakonec ohromně naučné a potěšitelné. Setkání s mojí ženou, Dominique Parchet, zajisté přispělo k atraktivnosti města. Grenoble, na okraji Alp, nedaleko od Švýcarska, bylo francouzským městem vědy. Magnetická laboratoř byla založena jen před pár lety. Profesor Klaus Dransfeld byl místním ředitelem. Existovala zde průkopnická atmosféra s povznášejícím názorem "dokáže se to udělat". Bylo to mezinárodní místo. Prošlo tudy mnoho známých vědců a díky neformálnosti prostředí laboratoře byli dokonce i studenti schopni se s nimi setkávat na velmi osobní rovině. Toto se zcela lišilo od jiných, mnohem více stupňovitě rozvrstvených výzkumných institucí. V určitém smyslu byli studenti králi v magnetické laboratoři. Znali všechny spletité detaily a hostující spolupracovní byli ochotni sdílet na oplátku své vědecké poznatky. A také tady jsem poprvé potkal Daniela Tsui z Bellových laboratoří.

Předmětem mé doktorandské práce bylo zpracování vlastností shluků elektronových děr ve vysokých magnetických polích, téma navržené Dieterem Bimbergem z laboratoře pro magnetická studia. Pracoval jsem společně s Rolfem Martinem, který právě získal titul Ph. D. na Stuttgartské univerzitě. Společně jsme ve dne i v noci trávili stovky velice příjemných a pro výzkum přínosných hodin u obrovských magnetů. Přestože jsem bydlel společně s Ronaldem Ranyaudem ve vile, kam přijížděly spousty vzácných návštěvníků z ciziny, můj život se točil jen a jen kolem vědy. Za dva roky jsem dokončil svou doktorandskou práci a získal titul Ph. D. na Stuttgartské univerzitě, kde profesor Queisser, můj vedoucí práce a nynější ředitel Institutu Maxe Plancka, zastával pozici čestného profesora. Namísto obvyklého věnování jsem svou práci uvedl kresleným vtipem. Brzy jsem však zjistil, že právě to bylo hlavním důvodem roztrpčení a že odstranění kresby stejně jako ostříhání mých, tehdy po ramena dlouhých vlasů, bylo nevyhnutelné.

Během let doktorandského studia na mě prof. Queisser naléhal, abych dokončil práci co nejrychleji a přestěhoval se do Spojených států. On sám již v USA byl, pracoval v Bellových laboratořích, později s Schockleyem, jedním z vynálezců tranzistoru. Bellovy laboratoře, výzkumný institut AT&T (American Telephone and Telegraph), byl základnou pro zkoumání pevných látek. Mohutně povzbuzován a podporován svým vedoucím práce jsem navštívil Bellovy laboratoře a na jaře 1976 pracoval několik týdnů s Johnem Henselem na shlucích elektronových děr. Cílem návštěvy bylo také navázat kontakt s Raymondem Dinglem z Bellových laboratoří. Ten v té době pracoval na polovodičových kvantových vlnách, vzrušujícím novém vědním oboru, jehož vznik umožnil v pozdních šedesátých letech Alfred Cho z Bellových laboratoří vynálezem technologie molekulární epitaxe (MBE). Na březnovém sjezdu Německé fyzikální společnosti v roce 1975 jsem si na toto téma vyslechl Dingleovu přednášku a rozhodl se, že právě to je to, čím se chci v budoucnu zabývat. Ukázalo se, že Queisser zná Dinglea osobně, a tak jsem byl s částečnou finanční podporou Ústavu Maxe Plancka ve Stuttgartu přijat na místo poradce v oddělení Venkyho Narayanamurtiho, kde jsem pracoval jako postgraduant s Rayem Dinglem. Do Bellových laboratoří jsem přešel v červnu 1977.

Modulační dotování, technika sloužící ke generování ultrapohyblivých dvoudimenzionálních elektronových systémů, jež sloužilo jako nástroj prakticky při všech mých dalších výzkumech, se zrodilo zhruba dva týdny po mém příjezdu do Bellových laboratoří při rozhovoru s Rayem Dinglem. Ve své kanceláři načrtl počáteční snahy o uvedení volných nosičů do mřížek polovodičů a rozkreslil umístění hran pásů, příměsí a elektronů na tabuli. Napadlo mě, že umístěním příměsí výlučně do potencionálních hranic a jejich udržením mimo možné vlny se omezí rozptyl elektronů příměsmi a tím zvýší mobilita. Byl to náhodný, téměř triviální poznatek, který však měl v konečné fázi velký dopad.

Přizpůsobení vybavení pro růst krystalů MBE Arthura Gossarda a jeho asistenta Williama Wiegmanna tak, aby se umožnilo výběrové dotování, bylo provedeno během několika měsíců. A skutečně se potvrdil předvídaný nárust pohyblivosti. Zpočátku se pohyblivost zvyšovala jen minimálně - dvakrát nebo třikrát - přes konvenčně dotované mřížky, ale nyní stoupala přibližně tisíckrát. Loren Pfeiffer a Ken West, oba z Bellových laboratoří, tyto snahy vedli a zároveň nám neustále poskytovali vybrané vzorky pro výzkum. Mnoho z našich pokusů bylo úspěšných jen díky jejich "cukrářství".

Modulační dotování mi získalo stálou pozici v Bellových laboratořích na konci roku 1978 a brzy se ke mně přidal můj dlouhodobý asistent Kirk Baldwin. K dispozici byly vysoce kvalitní materiály, čímž mohlo být mnoho fyzikálních pokusů - dříve prováděných v dvoudimenzionálních elektronových systémech v křemíku - uskutečněno v arzenidu galia. Tím se nám také otevřely dveře k mnoha optickým pokusům ve dvoudimenzionálních elektronových systémech, prováděným převážně Aronem Pinczukem a jeho kolegy v Bellových laboratořích v Holmdelu.

V té době byl již Dan Tsui z Bellových laboratoří uznáván jako jeden z nejlepších světových odborníků na dvoudimenzionální elektronové systémy v křemíku. Rychle rozpoznal potenciál nového předmětu výzkumu a byl často zván na návštěvy laboratoře Francise Bittnera v MIT v Cambridge, Massachusetts. To byl začátek vědecké spolupráce a osobního přátelství, jež přetrvaly dodnes, tedy téměř 20 let.

Kvantový Hallův jev, který objevil v roce 1980 Klaus von Klitzing, byl hlavním předmětem našeho výzkumu. Dalším tématem, na něž jsme se soustředili, byl elektronový krystal, který se pravděpodobně vytvářel při velmi nízké hustotě elektronů ve velmi vysokých magnetických polích. Mimořádně kvalitní preparát s nízkou elektronovou hustotou právě vyrobili Arten Gossar a Willy Wiegmann. Dan Tsui úspěšně navázal elektrický kontakt a v říjnu roku 1981 jsme preparát vzali do magnetické laboratoře, abychom se podívali po známkách elektronového krystalu. To, co jsme objevili namísto něj během večera 6. října, byl zlomkový kvantový Hallův jev.

Od tohoto objevu se k nám přidalo mnoho výjimečných absolventů (Gregory Boebinger, Robert Willett, Andrew Yeh, Wei Pan), postgraduálních studentů (Albert Chang, Hong-Wen Jiang, Rui Du, Woowon Kang) a kolegů (James Eisenstein, Peter Berglund), aby uskutečnili své vlastní výzkumy v tomto fascinujícím vědním oboru. Další postgraduální studenti, kteří se mnou spolupracovali (Edwin Batke, Rick Hall, Joe Spector, Ray Ashoori a Amir Yacoby) prováděli výzkumy v sousedních oblastech, ale i ti se zpravidla dotýkali našeho fyzikálního uvažování v nižších dimenzích.

V roce 1983 jsem byl povýšen na vedoucího oddělení elektronických a optických vlastností pevných látek. Administrativní práce byly spíše příležitostné, a tak jsem mohl pokračovat ve svém bádání prakticky neustále. Byly to vzrušující dny plné intenzivního výzkumu, během nichž byl zkoumán zlomkový kvantový Hallův jev a jeho význam v mnoha laboratořích na celém světě. Teoretický pokrok byl rychlý a velice potěšující.

V roce 1991 jsem se stal na ředitelem laboratoře pro fyzikální výzkum, takže jsem řídil zhruba 100 vědců v osmi odvětvích ve William Brinkman's Physics Research Division v Bellových laboratořích. Času na můj vlastní výzkum ubývalo, ale spokojil jsem se s možností sledování celé řady vzrušujících témat výzkumu. Počáteční nadšení ale zmizelo, když se fyzikální vědy v Bellových laboratořích dostaly pod silný tlak vedení ohledně uzavření smlouvy. Byly to těžké roky, nejen pro mě, ale i pro mnoho mých přátel a kolegů z Bellových laboratoří. Připomínalo mi to gymnázium a moc učitelů. S rozpadem AT&T v roce 1996, vytvořením společnosti Lucent Technologies, do které byly zahrnuty i Bellovy laboratoře, a se změnou vedení nastal opětovný rozkvět fyzikální vědy v Bellových laboratořích.

Vždy mě lákala dráha učitele. Byl jsem ale tak ponořený do zajímavých výzkumů v Bellových laboratořích, že tato myšlenka postupně uvadala. Byla však opět oprášena. Opustil jsem svou pozici v létě 1997 a v lednu 1998 nastoupil na Kolumbijskou univerzitu jako profesor fyziky a aplikované fyziky. Zároveň jsem ale zůstal na částečný úvazek pomocným ředitelem fyzikálních věd v Bellových laboratořích.