Gerd Binnig Kimdir?

Nobel Fizik Ödülü sahibi Gerd Binnig kimdir? Öncelikle şunu ifade etmemiz gerekiyor: Kendisi, taramalı tünelleme mikroskobunu (STM – Scanning Tunneling Microscope) icat ederek atomların görüntülenmesini mümkün kılan, 1986 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü kazanan Alman fizikçidir.

Heinrich Rohrer ile birlikte geliştirdiği bu devrim niteliğindeki cihaz, bilim dünyasında nanoteknoloji çağının başlamasına öncülük etmiş ve maddenin en temel yapı taşlarının incelenmesinde yeni ufuklar açmıştır.

Binnig, yalnızca taramalı tünelleme mikroskobunun değil, aynı zamanda atomik kuvvet mikroskobunun (AFM – Atomic Force Microscope) da mucididir. Bu iki icat, günümüzde malzeme biliminden moleküler biyolojiye, yarı iletken teknolojisinden ilaç geliştirmeye kadar uzanan geniş bir yelpazede temel araçlar olarak kullanılmaktadır. Binnig’in çalışmaları, insan gözünün sınırlarını aşarak atomları “görmeyi” ve hatta onları manipüle etmeyi mümkün kılmıştır.

Gerd Binnig Biyografisi

Gerd Binnig, 20 Temmuz 1947 tarihinde Almanya’nın Frankfurt am Main kentinde dünyaya gelmiştir. II. Dünya Savaşı’nın hemen sonrasında büyüyen Binnig, çocukluk yıllarını kısmen Frankfurt’ta, kısmen de yakındaki Offenbach şehrinde geçirmiştir. Savaşın yıkıntıları arasında oynayarak büyüyen Binnig, o dönemde yıkılan binalardan çok daha fazlasının kaybolduğunu ancak yıllar sonra anlayabilmiştir.

Henüz 10 yaşında bir fizikçi olmaya karar veren Binnig, üniversite yıllarında bu kararının doğru olup olmadığını sorgulamaya başlamıştır. Özellikle teorik fiziği fazla teknik, felsefeden uzak ve yaratıcılıktan yoksun bulan Binnig, bu dönemde müziğe yönelmiştir. Bir beat grubunda arkadaşlarıyla müzik yapan Binnig, aynı zamanda 15 yaşında keman çalmaya başlamış ve okul orkestrasında yer almıştır. Onun için müzik, yaratıcılığın ve takım çalışmasının zorluklarını öğrendiği bir okul işlevi görmüştür.

Binnig, lisans eğitimini Frankfurt’taki Johann Wolfgang Goethe Üniversitesi’nde tamamlamış ve 1973 yılında mezun olmuştur. Aynı üniversitede doktora çalışmalarına devam eden Binnig, Prof. Dr. W. Martienssen’in grubunda Dr. E. Hoenig danışmanlığında çalışmış ve 1978 yılında “Tunnelspektroskopie an supraleitendem (SN)x” (Süperiletken (SN)x Malzemesinin Tünelleme Spektroskopisi) başlıklı teziyle doktora derecesini almıştır. Doktora çalışmaları sırasında, fiziği “yapmanın” sadece öğrenmekten çok daha keyifli olduğunu keşfetmiştir.

IBM Zürih Araştırma Laboratuvarı

1978 yılında Binnig, eşi Lore’un teşvikiyle IBM Zürih Araştırma Laboratuvarı’ndan gelen bir teklifi kabul etmiştir. İsviçre’nin Rüschlikon kentinde bulunan bu laboratuvarda, hayatının en önemli işbirliklerinden birini başlatacağı Heinrich Rohrer ile tanışmıştır. Binnig, Rohrer’in fiziğe bakış açısını, insanlığını ve mizah anlayışını tanımlarken, onun kendisinde kaybolmaya yüz tutmuş merak duygusunu yeniden canlandırdığını ifade etmiştir.

IBM Zürih Laboratuvarı’nda Binnig, Rohrer’in yanı sıra Christoph Gerber ve Edmund Weibel ile birlikte çalışmaya başlamıştır. Bu ekip, kısa süre içinde bilim dünyasını kökten değiştirecek bir buluşun üzerinde çalışmaya başlamıştır.

Taramalı Tünelleme Mikroskobu (STM) Fikri Nasıl Doğdu?

Binnig ve Rohrer’in STM’yi geliştirme fikri, mevcut mikroskopi yöntemlerinin sınırlamalarından duydukları ortak hayal kırıklığından doğmuştur. Geleneksel optik mikroskoplar, ışığın dalga boyunun doğal bir sınırlama getirmesi nedeniyle atomları görüntüleyemiyordu. Elektron mikroskopları ise daha yüksek büyütme sağlasa da, bireysel atomların net bir şekilde görüntülenmesi mümkün değildi.

İkili, atomları doğrudan “görmelerini” sağlayacak bir yöntem arayışındaydı. Bu arayış sırasında, kuantum mekaniğinin temel olgularından biri olan tünelleme etkisinden (tunnel effect) yararlanmayı düşündüler. Tünelleme etkisi, bir elektronun klasik fizik kurallarına göre aşması imkânsız olan bir enerji bariyerini, dalga özelliği sayesinde “tünelleme” yaparak geçebilmesidir.

Taramalı Tünelleme Mikroskobu Nasıl Çalışır?

Binnig ve Rohrer, bu fikri hayata geçirerek 1981 yılında ilk taramalı tünelleme mikroskobunu geliştirmişlerdir. STM’nin çalışma prensibi şu şekilde özetlenebilir :

• Aşırı İnce Bir Uç:STM’nin temel bileşeni, sadece bir atom genişliğinde (yaklaşık 1 angstrom, yani metrenin on milyarda biri) bir uçla sonlanan tungsten bir iğnedir.
• Kuantum Tünelleme:Bu aşırı ince uç, incelenecek yüzeyin sadece birkaç angstrom üzerine getirilir. Aralarına küçük bir elektrik voltajı uygulandığında, elektronlar klasik olarak geçemeyecekleri bu boşluktan “tünelleme” yaparak uç ile yüzey arasında bir akım oluşmasını sağlar.
• Atomik Çözünürlük:Tünelleme akımının şiddeti, uç ile yüzey arasındaki mesafeye karşı son derece hassastır. Uç, yüzey üzerinde tarandıkça, yüzeydeki atomların varlığı akımda değişikliklere neden olur.
• Görüntü Oluşturma:Bu akım değişiklikleri bilgisayar tarafından kaydedilir ve yüzeyin üç boyutlu topografik bir haritasına dönüştürülür. Ortaya çıkan görüntüde, tek tek atomlar net bir şekilde ayırt edilebilir.

Binnig, 16 Mart 1981 gecesi ilk kez bir altın kristalinin yüzeyini atomik düzeyde gördüğü anı şu sözlerle anlatmıştır: “Görüntülere bakmayı bırakamadım. Yeni bir dünyaya adım atıyordum”.

 

STM’nin Bilim Dünyasına Etkisi

STM’nin icadı, bilim dünyasında devrim yaratmıştır. Nobel Komitesi’nin ifadesiyle, bu buluş “maddenin yapısının incelenmesi için tamamen yeni alanlar açmıştır” . STM’nin etkileri şu şekilde sıralanabilir:

• Atomları Görüntüleme Yeteneği:İnsanlık tarihinde ilk kez, bilim insanları atomları doğrudan gözlemleyebilmiş ve yüzeyler üzerinde tek tek atomların düzenini inceleyebilmiştir.
• Nanoteknolojinin Doğuşu:STM, nanoteknoloji alanının doğuşunda en önemli rolü oynamıştır. 1990 yılında IBM bilim insanları Donald Eigler ve Erhard Schweizer, STM kullanarak bir nikel yüzey üzerindeki 35 ksenon atomunu “I-B-M” harflerini oluşturacak şekilde dizmişlerdir. Bu gösteri, atomları sadece görmenin değil, aynı zamanda manipüle etmenin de mümkün olduğunu kanıtlamıştır.
• Yarı İletken Teknolojisi:Yarı iletkenlerin yüzey özelliklerinin atomik düzeyde incelenmesi, daha küçük, daha hızlı ve daha verimli bilgisayar çiplerinin geliştirilmesine olanak tanımıştır.

Binnig, STM ile yetinmemiş ve bu alandaki çalışmalarını daha da ileriye taşımıştır. STM’nin en büyük sınırlaması, yalnızca elektriği ileten veya yarı iletken özellik gösteren yüzeyleri inceleyebilmesidir. Biyolojik örnekler gibi yalıtkan malzemeler STM ile görüntülenemiyordu.

Bu sınırlamayı aşmak için Binnig, 1985 yılında atomik kuvvet mikroskobunu (AFM – Atomic Force Microscope) icat etmiştir. AFM, tünelleme akımı yerine, uç ile yüzey arasındaki atomik kuvvetleri (çekme ve itme) ölçerek çalışır. Bu sayede, elektriksel iletkenliğe bakılmaksızın her türlü yüzeyin atomik düzeyde görüntülenmesi mümkün olmuştur. Binnig, Christoph Gerber ve Calvin Quate, AFM’nin çalışan ilk versiyonunu geliştirmişlerdir.

Nobel Fizik Ödülü ve Diğer Ödüller

Gerd Binnig, Heinrich Rohrer ile birlikte 1986 yılında Nobel Fizik Ödülü’nün yarısına layık görülmüştür. (Ödülün diğer yarısı, elektron mikroskobunun mucidi Ernst Ruska’ya verilmiştir .) İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi, ödülü “taramalı tünelleme mikroskobunun tasarımı” nedeniyle takdim etmiştir.

Nobel Ödülü’nün yanı sıra Binnig, birçok prestijli ödülün de sahibi olmuştur:

Yıl	Ödül
1983	Alman Fizik Ödülü (Otto Klung Ödülü)
1984	EPS Europhysics Ödülü
1986	Kral Faysal Ödülü
1987	Elliott Cresson Madalyası (Franklin Enstitüsü)
2016	Kavli Nanobilim Ödülü

Binnig ayrıca 1987 yılında IBM Fellow unvanına layık görülmüş ve aynı yıl IBM Münih Fizik Grubu’nu kurmuştur. 1994 yılında Ulusal Mucitler Onur Listesi’ne (National Inventors Hall of Fame) dahil edilmiştir.

Binnig, sadece bir bilim insanı değil, aynı zamanda bir girişimcidir. 1994 yılında, insan gözünün ve beyninin görüntüleri tanıma ve analiz etme yeteneğini taklit eden bir yazılım teknolojisi üzerinde çalışmak üzere Definiens şirketini kurmuştur. Şirketin geliştirdiği “Cognition Network Technology”, tıbbi görüntüleme, uydu görüntü analizi ve endüstriyel kalite kontrol gibi alanlarda kullanılmaktadır. Definiens, 2000 yılında tam teşekküllü bir ticari işletmeye dönüşmüştür.

Gerd Binnig, 1969 yılında psikolog olan Lore Wagler ile evlenmiştir. Binnig, eşini “özel psikoterapisti” olarak tanımlamakta ve İsviçre’deki IBM laboratuvarına katılma kararında eşinin büyük etkisi olduğunu belirtmektedir. Çiftin İsviçre’de doğan bir kızı ve Kaliforniya’da doğan bir oğlu vardır. Binnig’in hobileri arasında okumak, yüzmek ve golf bulunmaktadır. Aynı zamanda keman ve gitar çalmakta, şarkı söylemekte ve beste yapmaktadır.

Binnig, çalışmalarına olan bağlılığına rağmen mütevazı kişiliğiyle tanınmaktadır. Onuruna, Zürih Rüschlikon’daki IBM araştırma tesisi Binnig ve Rohrer Nanoteknoloji Merkezi (Binnig and Rohrer Nanotechnology Center) olarak adlandırılmıştır.

Künye / Kişisel Bilgiler

Bilgi	Detay
Gerçek Adı	Gerd Karl Binnig
Doğum Tarihi	20 Temmuz 1947
Doğum Yeri	Frankfurt am Main, Almanya
Boyu	Bilinmiyor
Kilosu	Bilinmiyor
Burcu	Yengeç
Medeni Hali	Evli
Eğitimi	Goethe University Frankfurt (Lisans 1973, Doktora 1978)
İnsanlığa Kattığı Şeyler	Taramalı tünelleme mikroskobunun (STM) icadı, atomik kuvvet mikroskobunun (AFM) icadı, nanoteknoloji alanının doğuşu, atomların görüntülenmesi ve manipüle edilmesi

 

Kaynakça

• Britannica Ansiklopedisi. (2024). Gerd Binnig. Encyclopaedia Britannica.
• Nobel Vakfı. (1986). Gerd Binnig – Biographical. org.
• (2024). Gerd Binnig.
• (tarih yok). The scanning tunneling microscope (STM). IBM History.
• Nobel Vakfı. (1986). Gerd Binnig – Facts. org.
• 科普中国. (2021). 格尔德宾宁.
• Wikipedia (Felemenkçe). (tarih yok). Gerd Binnig.