Джон Гуденеф: Жизнь и научные достижения выдающегося материаловеда

Введение

Американский ученый-материаловед (1922–2023)

Джон Баннистер Гуденоф (англ. John Bannister Goodenough; 25 июля 1922 – 25 июня 2023) – американский ученый-материаловед, физик твердого тела и лауреат Нобелевской премии по химии. С 1986 года он был профессором механики, материаловедения и электротехники в Техасском университете в Остине. Ему приписывают установление правил Гуденоу — Канамори, определяющих знак магнитного суперобмена в материалах, разработку материалов для энергонезависимой памяти компьютеров и изобретение катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов. Гуденоф родился в Йене, Германия, в семье американцев. Во время и после окончания Йельского университета Гуденоф служил военным метеорологом США во время Второй мировой войны. Он получил степень доктора философии по физике в Чикагском университете, стал исследователем в лаборатории MIT Линкольна, а затем возглавил лабораторию неорганической химии в Оксфордском университете. Гуденоф был удостоен Национальной медали науки, медали Копли, премии Ферми, премии Дрейпера и премии Японии. Премия имени Джона Б. Гуденоуфа в области материаловедения названа в его честь. В 2019 году он был удостоен Нобелевской премии по химии совместно с М. Стэнли Уиттингемом и Акирой Ёсино; в возрасте 97 лет он стал самым пожилым лауреатом Нобелевской премии в истории. Его родителями были американцы Эрвин Рамсделл Гуденоф (1893–1965) и Хелен Мириам (Льюис) Гуденоф. Он происходил из академической семьи. Его отец, аспирант Оксфорда на момент рождения Джона, впоследствии стал профессором истории религий в Йельском университете. Его брат Уорд стал профессором антропологии в Университете Пенсильвании. У Джона также было два сводных брата и сестра от второго брака отца: Урсула Гуденоф, заслуженный профессор биологии в Вашингтонском университете в Сент-Луисе, и Дэниел Гуденоф, заслуженный профессор биологии в Гарвардской медицинской школе. Он получил полную стипендию. В Гротоне его успеваемость улучшилась, и он в итоге окончил школу с отличием, заняв первое место в классе. Он также проявил интерес к изучению природы, растений и животных. Хотя он был воспитан в атеистических убеждениях, в старшей школе он обратился в протестантское христианство. После Гротона Гуденоф с отличием окончил Йельский университет, где был членом общества «Череп и кости». Он завершил курс обучения в начале 1943 года (всего за два с половиной года) и получил степень в 1944 году, оплачивая свои расходы, давая частные уроки и проверяя экзамены. Его научным руководителем был Кларенс Зенер, теоретик в области электрического пробоя; он также работал и учился у физиков, включая Энрико Ферми и Джона А. Симпсона. В Чикаго он познакомился с канадской аспиранткой по истории Ирен Уайзман. Они поженились в 1951 году. Он скончался в доме престарелых в Остине, штат Техас, 25 июня 2023 года, за месяц до своего 101-го дня рождения.

John Bannister Goodenough ('/ɡ//ʊ//d//ɪ//n//ʌ//f/ GUUDinuf; July 25, 1922 – June 25, 2023) was an American materials scientist, a solid state physicist, and a Nobel laureate in chemistry. From 1986 he was a professor of Mechanical, Materials Science, and Electrical Engineering at the University of Texas at Austin. He is credited with
identifying the Goodenough–Kanamori rules of the sign of the magnetic superexchange in materials, with developing materials for computer random access memory and with inventing cathode materials for lithium ion batteries. Goodenough was born in Jena, Germany, to American parents. During and after graduating from Yale University, Goodenough served as a U. S. military meteorologist in World War II. He went on to obtain his Ph. D. in physics at the University of Chicago, became a researcher at MIT Lincoln Laboratory, and later the head of the Inorganic Chemistry Laboratory at the University of Oxford. Goodenough was awarded the National Medal of Science, the Copley Medal, the Fermi Award, the Draper Prize, and the Japan Prize. The John B. Goodenough Award in materials science is named for him. In 2019, he was awarded the Nobel Prize in Chemistry alongside M. Stanley Whittingham and Akira Yoshino; at 97 years old, he became the oldest Nobel laureate in history. to American parents, Erwin Ramsdell Goodenough (1893–1965) and Helen Miriam (Lewis) Goodenough. He came from an academic family. His father, a graduate student at Oxford when John was born, eventually became a professor of religious history at Yale. His brother Ward became an anthropology professor at the University of Pennsylvania. John also had two half siblings from his father's second marriage: Ursula Goodenough, emeritus professor of biology at Washington University in St. Louis; and Daniel Goodenough, emeritus professor of biology at Harvard Medical School. He was awarded a full scholarship. At Groton, his grades improved and he eventually graduated at the top of his class. He also developed an interest in exploring nature, plants, and animals. Although he was raised an atheist, he converted to Protestant Christianity in high school. After Groton, Goodenough graduated summa cum laude from Yale, where he was a member of Skull and Bones. He completed his coursework in early 1943 (after just two and a half years) and received his degree in 1944, covering his expenses by tutoring and grading exams. His doctoral supervisor was Clarence Zener, a theorist in electrical breakdown; he also worked and studied with physicists, including Enrico Fermi and John A. Simpson. While at Chicago, he met Canadian history graduate student Irene Wiseman. They married in 1951. He died at an assisted living facility in Austin, Texas, on June 25, 2023, one month shy of what would have been his 101st birthday.

Карьера и исследования

За свою карьеру Гуденоу написал более 550 статей, 85 глав и обзоров в книгах, и пять книг, включая две основополагающие работы: «Магнетизм и химическая связь» (1963) и «Les oxydes des métaux de transition» (1973). Его исследования были сосредоточены на магнетизме и поведении металл-диэлектрик в оксидах переходных металлов. Его работа над RAM привела к разработке концепции кооперативного орбитального упорядочения, также известного как кооперативное искажение Яна-Теллера, в оксидных материалах. Это впоследствии привело его (совместно с Джунжиро Канамори) к разработке правил Гуденоуфа — Канамори, набора полуэмпирических правил для предсказания знака магнитного сверхобмена в материалах; сверхобмен является ключевым свойством высокотемпературной сверхпроводимости.

Оксфордский университет

Правительство США в конечном итоге прекратило финансирование исследований Гуденауфа, поэтому в конце 1970-х и начале 1980-х годов он покинул Соединенные Штаты и продолжил свою карьеру в качестве руководителя лаборатории неорганической химии в Оксфордском университете. Работу в Sony по дальнейшему улучшению изобретения Гуденауфа возглавлял Акира Ёсино, который разработал масштабируемую конструкцию батареи и производственный процесс. В 2001 году Гуденауф получил премию Японии за открытие материалов, имеющих решающее значение для разработки легких литиевых аккумуляторов с высокой плотностью энергии, а в 2019 году он, Уиттингем и Ёсино разделили Нобелевскую премию по химии за исследования литий-ионных аккумуляторов. В течение этого периода он продолжил свои исследования в области ионно-проводящих твердых тел и электрохимических устройств, изучая улучшенные материалы для батарей с целью продвижения развития электромобилей и снижения зависимости человечества от ископаемого топлива. Арумугам Мантирам и Гуденауф открыли класс полианионных катодов. Они показали, что положительные электроды, содержащие полианионы, например, сульфаты, генерируют более высокое напряжение, чем оксиды, благодаря индуктивному эффекту полианиона. К классу полианионов относятся такие материалы, как литий-железофосфаты, которые используются в небольших устройствах, таких как электроинструменты. Его группа также выявила различные перспективные материалы для электродов и электролитов для твердооксидных топливных элементов. Он занимал должность профессора Вирджинии Х. Кокрелл в области инженерии. В 2021 году Гуденауф все еще работал в университете в возрасте 98 лет, надеясь найти новый прорыв в технологии аккумуляторов. Однако эта работа вызвала широкий скептицизм в научном сообществе, занимающемся разработкой аккумуляторов, и остается спорной после нескольких последующих исследований. Работу критиковали за отсутствие исчерпывающих данных и ошибочные интерпретации полученных результатов. В апреле 2020 года был подан патент на стеклянный аккумулятор от имени Национальной лаборатории энергетики и геологии Португалии (LNEG), Университета Порту (Португалия) и Университета Техаса.

The U. S. government eventually terminated Goodenough's research funding, so during the late 1970s and early 1980s, he left the United States and continued his career as head of the Inorganic Chemistry Laboratory at the University of Oxford. The work at Sony on further improvements to Goodenough's invention was led by Akira Yoshino, who had developed a scaled up design of the battery and manufacturing process. Goodenough received the Japan Prize in 2001 for his discoveries of the materials critical to the development of lightweight high energy density rechargeable lithium batteries, and he, Whittingham, and Yoshino shared the 2019 Nobel Prize in Chemistry for their research in lithium ion batteries. During his tenure there, he continued his research on ionic conducting solids and electrochemical devices; he continued to study improved materials for batteries, aiming to promote the development of electric vehicles and to help reduce human dependency on fossil fuels. Arumugam Manthiram and Goodenough discovered the polyanion class of cathodes. They showed that positive electrodes containing polyanions, e. g., sulfates, produce higher voltages than oxides due to the inductive effect of the polyanion. The polyanion class includes materials such as lithium iron phosphates that are used for smaller devices like power tools. His group also identified various promising electrode and electrolyte materials for solid oxide fuel cells. He held the Virginia H. Cockrell Centennial Chair in Engineering. Goodenough still worked at the university at age 98 as of 2021, hoping to find another breakthrough in battery technology. However, this paper was met with widespread skepticism by the battery research community and remains controversial after several follow up works. The work was criticized for a lack of comprehensive data, spurious interpretations of the data obtained,

In April 2020, a patent was filed for the glass battery on behalf of Portugal's National Laboratory of Energy and Geology (LNEG), the University of Porto, Portugal, and the University of Texas.

Консультативная работа

В 2010 году Гуденеф присоединился к техническому консультативному совету Enevate, стартапа, разрабатывающего литий-ионные аккумуляторы на основе кремния, расположенного в Ирвине, штат Калифорния. Гуденеф также был советником Объединенного центра исследований в области хранения энергии (JCESR), сотрудничества под руководством Аргоннской национальной лаборатории и финансируемого Министерством энергетики. Начиная с 2016 года, Гуденеф также работал советником Battery500, национального консорциума под руководством Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) и частично финансируемого Министерством энергетики США.

Статьи

Лайтфут, П.; Пей, С. Ю.; Йоргенсен, Дж. Д.; Мантирам, А.; Тан, Х. Х. & Дж. Б. Гуднуф. "Дефекты избыточного кислорода в слоистых купратах", Аргоннская национальная лаборатория, Техасский университет в Остине, Лаборатория материаловедения, Министерство энергетики США, Национальный научный фонд, (сентябрь 1990 г.). Аргириу, Д. Н.; Митчелл, Дж. Ф.; Чмайссем, О.; Шорт, С.; Йоргенсен, Дж. Д. & Дж. Б. Гуднуф. "Смена знака сжимаемости связи Mn–O в La1.2Sr1.8Mn2O7 ниже TC: Обменное сжатие в ферромагнитном состоянии", Аргоннская национальная лаборатория, Техасский университет в Остине, Центр материаловедения и инженерии, Министерство энергетики США, Национальный научный фонд, Фонд Уэлча, (март 1997 г.). Гуднуф, Дж. Б.; Абруна, Х. Д. & М. В. Бьюкенен. "Основные научные потребности для хранения электрической энергии. Отчет семинара по фундаментальным проблемам энергетики, посвященного хранению электрической энергии, 2–4 апреля 2007 г.", Министерство энергетики США, (4 апреля 2007 г.).