„100 innowacji stulecia”. Epokowe odkrycie geniusza z Kcyni

Bez odkrytej przez Jana Czochralskiego metody wytwarzania monokryształów zapewne nie mielibyśmy dzisiaj smartfonów, komputerów i całej elektroniki.

Jan Czochralski (1885–1953) to polski naukowiec mający największą liczbę cytowań w zagranicznych publikacjach specjalistycznych. Mimo to jeszcze dekadę temu był w Polsce postacią znaną jedynie garstce specjalistów. Pamięć o nim jest jednak stopniowo przywracana (do czego przyczyniło się ogłoszenie przez Sejm roku 2013 Rokiem Jana Czochralskiego). Ten wybitny chemik i metalurg był bowiem jedną z osób, która położyła fundamenty pod obecną rewolucję elektroniczną.

Rewolucyjny przypadek

Czochralski, urodzony w Kcyni (znajdującej się wówczas pod zaborem pruskim), dokonał swoich przełomowych odkryć, nie podążając typową akademicką ścieżką. Swoje świadectwo maturalne podarł, bo nie mógł pogodzić się z ocenami wystawionymi przez nielubiącego go nauczyciela. Gdy miał 16 lat, zatrudnił się w aptece, gdzie przeprowadzał swoje pierwsze eksperymenty chemiczne. W 1904 r. wyjechał do Berlina, gdzie znalazł pracę w koncernie AEG. Zajmował się tam badaniem jakości metali, rud olejów i smarów. Uczęszczał też jako wolny słuchacz na wykłady na Politechnice w Charlottenburgu. W 1907 r. był już kierownikiem działu badań stali i żelaza w AEG, a trzy lata później zdobył dyplom inżyniera chemika. W latach 1911–1914 pracował jako asystent Wicharda von Moellendorffa i napisał wtedy swoją pierwszą pracę na temat krystalografii metali. W 1916 r. odkrył metodę pomiaru szybkości krystalizacji metali. Obecnie wykorzystuje się ją do tworzenia monokryształów krzemu niezbędnych do produkcji półprzewodników wykorzystywanych w całej elektronice.

Na czym dokładnie polegało odkrycie Czochralskiego? Zaobserwował on, że można tworzyć cienkie druty będące monokryształami danego metalu i że można precyzyjnie obliczyć czas potrzebny do przeprowadzenia takiego procesu. Swojego odkrycia dokonał przypadkiem. Robiąc notatki z eksperymentów, w roztargnieniu zanurzył pióro wieczne nie w kałamarzu, a w stojącym obok tyglu z chłodzącą się, stopioną cyną. Po tym jak szybko wyciągnął z niego pióro, zauważył, że zwisa z niego cienka nić z zestalonego metalu. Czochralski postanowił po tym stworzyć urządzenie mierzące szybkość takiej krystalizacji. Taki był początek badań, które okazały się przełomowe dla naszej cywilizacji technicznej. Oczywiście potencjał tego odkrycia nie został szybko dostrzeżony. Początkowo stanowiło ono ciekawostkę w wąskich kręgach naukowych. W 1948 r. Gordon Teal i John Little, badacze z amerykańskich Bell Laboratories, wzorując się na odkryciach Czochralskiego, wyhodowali monokryształ germanu. German został później zastąpiony krzemem i w ten sposób powstały tranzystory, które wyewoluowały w układy scalone. Metoda wytwarzania monokryształów krzemu wciąż jest nazywana metodą Czochralskiego.

Wybrał Polskę

W 1917 r. Czochralski zaczął kierować laboratorium metaloznawczym Metallbank und Metallurgische Gesellschaft AG. we Frankfurcie nad Menem. To był jeden z największych ośrodków badawczych w Niemczech. W 1924 r. Czochralski stworzył tam odporny na korozję stop łożyskowy zwany metalem B. Zastąpił on cynę w panewkach lokomotyw i wagonów kolejowych. To odkrycie zostało sprzedane na licencji wielu krajom i przyniosło Czochralskiemu fortunę. Jako konsultanta wynajmowały go europejskie koncerny zbrojeniowe takie jak Skoda czy Bofors. Henry Ford proponował mu posadę dyrektora fabryki duraluminium. Czochralski, za namową prezydenta Ignacego Mościckiego, wybrał jednak w 1928 r. powrót do Polski.

W 1930 r. został profesorem Politechniki Warszawskiej – mimo że nie miał doktoratu ani habilitacji. By umożliwić mu objęcie tego stanowiska, Politechnika wręczyła mu wcześniej doktorat honoris causa. Kierował stworzoną specjalnie dla siebie Katedrą Metalurgii i Materiałoznawstwa. Mocno współpracował z Ministerstwem Spraw Wojskowych, więc mógł liczyć na duże fundusze i dużą swobodę badawczą. Przyjaźnił się też z prezydentem Mościckim. Miał dwie wille (w Warszawie i w Kcyni), prowadził salon literacki, fundował stypendia dla studentów i wykopaliska archeologiczne w Biskupinie. Jego sukcesy wywoływały ogromną zawiść wśród kadry naukowej na Politechnice.

Choć są poszlaki mówiące, że Czochralski mógł współpracować z polskim wywiadem w Niemczech, a w 1938 r. uczony zrzekł się obywatelstwa niemieckiego, to podczas okupacji nie spotkały go hitlerowskie represje. Miał żonę Niemkę i wciąż bardzo dobre koneksje w Rzeszy. Pozwolono mu więc w listopadzie 1939 r. utworzyć prywatny Zakład Badań Materiałów, z którym powiązanych było kilkanaście firm. Spółki te wykonywały m.in. zlecenia dla Wehrmachtu, ale też dawały ochronę wielu polskim naukowcom i technikom. Czochralski wyciągał naszych uczonych z obozów koncentracyjnych. Wspomagał też finansowo polskich pisarzy. W jego zakładach potajemnie produkowano skorupy do granatów dla Armii Krajowej. Zachowały się też meldunki Czochralskiego dla wywiadu AK. Po powstaniu warszawskim ratował przed Niemcami wyposażenie techniczne swoich zakładów.

Mimo to w kwietniu 1945 r. trafił do więzienia w Piotrkowie Trybunalskim pod zarzutem współpracy z Niemcami. W sierpniu 1945 r. sąd oczyścił go za zarzutów. W grudniu Senat Politechniki Warszawskiej wydalił go jednak z grona pracowników uczelni. Przeniósł się do rodzinnej Kcyni, gdzie założył zakłady Bion produkujące kosmetyki i środki drogeryjne. 22 kwietnia 1953 r. funkcjonariusze UB przeprowadzili brutalną rewizję w jego domu. Profesor zmarł po niej na zawał serca.