Брент Фульц — американский физик и материаловед, один из ведущих мировых специалистов в области статистической механики , дифракции и фазовых переходов в материалах. Фульц — профессор прикладной физики и материаловедения имени Барбары и Стэнли Роун-младших в Калифорнийском технологическом институте . [1] Он известен своими исследованиями в области физики материалов и химии материалов , а также установлением важности фононной энтропии для фазовой стабильности материалов. [2] Кроме того, Фульц руководил созданием преобразовательного спектрометра с широким угловым диапазоном (ARCS) в источнике расщепленных нейтронов [3] и добился успехов в методах измерения фононов. [2]
Он является автором двух учебников для аспирантов: « Просвечивающая электронная микроскопия и дифрактометрия материалов» (совместно с Джеймсом М. Хоу, Springer, 2001; 4-е изд., 2013 г.) по дифрактометрии материалов [4] [5] и «Фазовые переходы в материалах». (Издательство Кембриджского университета, 2014) о фазовых переходах в материалах. [6]
Брент Фульц закончил бакалавриат по физике в Массачусетском технологическом институте в 1975 году, а затем получил докторскую степень по инженерным наукам в Калифорнийском университете в Беркли в 1982 году, где учился под руководством Джона Уильяма Морриса. [7] Его ранняя карьера ознаменовалась назначением Президентским молодым исследователем , получением Премии развития факультета IBM и стипендии Джейкоба Валленберга. Затем Фульц работал учёным в лаборатории Лоуренса Беркли, а в 1985 году стал профессором материаловедения в Калифорнийском технологическом институте (Калтех).
Научный вклад Фульца был отмечен многочисленными наградами, такими как премия выдающегося ученого TMS EMPMD в 2010 году и премия Уильяма Хьюма-Ротери от TMS в 2016 году. [8] Его работа в области рассеяния нейтронов также принесла ему стипендию от Neutron. Американское общество рассеяния в 2016 году. Среди его достижений также членство в Обществе Сигмы Си в 2017 году, стипендия Американского физического общества в 2017 году, стипендия TMS в 2018 году и признание Американским физическим обществом «Выдающимся рефери». Общество в 2019 году. [9] [10]
Он играл консультативную роль в организации « Усовершенствованный источник фотонов» и « Источник расщепительных нейтронов» . Его опыт в области материаловедения также позволил ему работать консультантом в Everett Charles Technologies, Совете по оборонным наукам , а также в таких компаниях, как Actium Materials, Contour Energy и Materials Project. Он написал или стал соавтором около 400 статей.
В сотрудничестве со своим коллегой, профессором Дж. Хоу из Университета Вирджинии , Фульц подготовил продвинутый учебник по дифракции материалов и микроскопии, который в настоящее время выдержал четыре издания на английском языке и одно на русском, а китайский перевод находится в стадии разработки. . [11] Совсем недавно Фульц разработал учебник для аспирантов по фазовым переходам материалов, который объединяет идеи как традиционных наук о материалах, так и физики конденсированного состояния. [12]
Исследования Брента Фульца углубляются в понимание поведения атомов внутри твердых тел, в частности, как их вибрации, или фононы, влияют на энтропию и свободную энергию материалов. Он использует методы неупругого рассеяния нейтронов для изучения этих атомных колебаний, которые являются основным источником энтропии в твердых телах. [13] Термодинамическое значение магнитных и электронных возбуждений в твердых телах, которые также обнаруживаются этим методом, составляет еще один аспект его исследований. В его недавней работе подчеркивается взаимодействие между фононами и электронными возбуждениями в широком диапазоне температур, а также то, как энтропия меняется при изменении условий температуры и давления . [14]
Современные вычислительные методы, в частности теория функционала плотности , играют ключевую роль в исследованиях Фульца фононов и электронов в твердых телах. Его команда использует ab initio молекулярную динамику для компьютерного исследования фононов и электронных возбуждений при высоких температурах. [15] Кроме того, они используют неупругое рассеяние рентгеновских лучей с высоким разрешением, чтобы изучить, как колебательная термодинамика изменяется под высокими давлениями, что можно наблюдать в ячейке с алмазной наковальней . [16]
Работа Фульца также затрагивает насущную глобальную энергетическую проблему . Его команда исследует материалы, способные хранить литий (используемый в аккумуляторных батареях) и водород. [17] [18] Они стремятся понять, как молекулы водорода взаимодействуют с поверхностями и как новые материалы могут оптимизировать хранение водорода. Кроме того, они изучают потенциал использования ядерного резонансного рассеяния для изучения атомных искажений в материалах, когда электрон движется между соседними ионами под давлением. Работа Фульца (которая часто больше склоняется к квантовой механике , чем к классической механике , и к статистической механике , а не к классической термодинамике ) фокусируется на положении атомов, особенно в неупорядоченных материалах, а также на том, как атомы вибрируют или переносят электроны во время соединения.
Команда Фульца открыла новые горизонты, исследуя энтропию материалов, в частности, как различия в кристаллической структуре, химическом составе или локальном расположении атомов могут влиять на колебательный спектр и, в свою очередь, на энтропию. [14] [19] Со временем это исследование привело к признанию того, что такие детали колебательной энтропии существенно влияют на термодинамическую стабильность материалов. [20] Команда Фульца также проводит многочисленные эксперименты на национальных объектах, обеспечивающих высокоинтенсивные рентгеновские или нейтронные лучи. [13] Это привело к сотрудничеству с учеными из этих национальных источников нейтронов. Заметным достижением в этой области стало руководство Фульца в создании передового прибора для рассеяния нейтронов - спектрометра с прерывателем широкого углового диапазона (ARCS) в источнике расщепленных нейтронов . Наряду с этим появилась возможность для новых научных вычислительных проектов, таких как инициатива «Анализ распределенных данных для экспериментов по рассеянию нейтронов» (DANSE).