Introdução
Em 2025, completaram-se 72 anos desde a morte do professor Jan Czochralski, criador do mundialmente famoso método de produção de monocristais. É amplamente aceite que, sem esse método e seu autor, não haveria hoje a eletrônica de semicondutores, nem a tecnologia e a técnica modernas, e nossas vidas seriam completamente diferentes. Isso não é um exagero, já que a descoberta de Czochralski, feita há 109 anos, foi resultado de uma feliz coincidência. Ocorreu de um encontro extremamente raro entre as buscas e expectativas de um jovem pesquisador, sua excepcional capacidade de observação e intuição, e um fenômeno gerado acidentalmente que não ocorre na natureza. Hoje, dezenas de toneladas de monocristais cultivados pelo método de Czochralski são produzidos diariamente em todo o mundo, a maioria utilizada pela indústria de semicondutores. Não é surpresa, portanto, que alguns chamem Jan Czochralski de “pai da eletrônica”.
Seu nome aparece diariamente em revistas científicas de física e química, seja na forma completa ou abreviado para o conhecido acrônimo: CZ. Embora quase ninguém cite seus trabalhos originais hoje, seu nome entrou no uso comum. Muitos acadêmicos sonham com tal popularidade. Mas o professor não viveu para testemunhá-la. Abandonado em sua vila em Kcynia, ele estava finalizando a versão polonesa de seu livro Metalurgia Moderna, um dos capítulos do qual era dedicado justamente ao método de Czochralski. Provavelmente, ele nem sabia que, nos Estados Unidos, uma revolução na eletrônica havia começado exatamente pelo uso de seu método de produção de cristais, até então aplicado à cristalização de metais.
Com o tempo, ocorreu uma surpreendente “separação” entre o nome e a pessoa. O mundo inteiro começou a usar o método de Czochralski com quase total desconhecimento de quem era o seu criador. Somente após esforços persistentes de algumas poucas pessoas ao longo de muitos anos, a figura e outros feitos do professor Jan Czochralski foram mais amplamente reconhecidos. Espero que este texto contribua, mesmo que parcialmente, para disseminar o conhecimento sobre um dos poucos cientistas poloneses mais famosos nas áreas de física e química. Ao lado de Mikołaj Kopernik e Maria Skłodowska-Curie, talvez apenas Jan Czochralski tenha garantido um lugar permanente não apenas na história dessas disciplinas científicas, mas também na terminologia científica contemporânea. Podemos nos orgulhar de que Czochralski também é nosso compatriota!
Jan Czochralski pertenceu a uma geração que participou ativamente do vertiginoso desenvolvimento da ciência e da tecnologia no início do século XX. Basta mencionar o primeiro voo de avião dos irmãos Wright (1903), a liquefação do hélio (1908, H. Kamerlingh Onnes), as descobertas do núcleo atômico (1911, E. Rutherford), da supercondutividade (1911, H. Kamerlingh Onnes) e da difração de raios X por cristais (1912, M. von Laue), o modelo do núcleo atômico (1914, N. Bohr), a teoria geral da relatividade (1916, A. Einstein), o primeiro voo transatlântico (1919, J. Alcock e A.W. Brown) e a formulação da mecânica quântica (1925, W. Heisenberg).
Ele foi um criador versátil com amplos interesses científicos e não científicos, ao mesmo tempo técnico e humanista. Mesmo naquela época, havia poucos pesquisadores como ele. Seu rico legado científico e técnico reflete plenamente a riqueza da vida e dos interesses de Czochralski. Mais ainda, sua biografia poderia ser dividida entre várias pessoas! Foram apenas os tempos, ou Czochralski era simplesmente um “autêntico” filho de sua era? Deixemos essas reflexões para outros. Não há dúvida, no entanto, de que Czochralski combinou, de maneira quase ideal, um trabalho árduo e diligente (afinal, ele vinha de uma família de artesãos da Grande Polônia!), uma paixão pela ciência e pela busca do novo, um aguçado senso para temas de pesquisa, uma inquietação criativa e uma determinação obstinada em direção a seus objetivos, apesar de vários contratempos.
É importante não associar seu nome apenas a uma descoberta ou uma invenção, especialmente aquela que ele nunca patenteou. Seu legado ainda aguarda uma investigação minuciosa por especialistas. Até agora, apenas a parte relacionada ao chamado método de Czochralski foi estudada em detalhes, embora seus numerosos feitos em metalurgia e ciência de materiais permaneçam. Quase todos os anos trazem novas descobertas e, às vezes, revelações surpreendentes. Por exemplo, especula-se que o protótipo do microscópio de força atômica, premiado com o Nobel, pode ter sido o chamado radiomicroscópio de Czochralski de 1925.
Então, quem foi esse acadêmico, deliberadamente esquecido por muitos anos, que hoje, 72 anos após sua morte, é colocado entre os maiores cientistas poloneses? Por que foi incompreendido e, consequentemente, esquecido? Por que viveu tal tragédia? O que ele realmente deixou na ciência?
No lar familiar
Jan Czochralski nasceu em 23 de outubro de 1885, em Kcynia, na região de Pałuki, então sob a partição prussiana. Ele foi o oitavo de dez filhos dos artesãos da Grande Polônia, Franciszek Czochralski e Marta, nascida Suchomska. Não é surpresa, portanto, que Jan valorizasse tanto o trabalho diligente quanto sua terra natal.
De acordo com os desejos de seu pai, ele completou o Seminário de Professores em Kcynia, mas, incapaz de aceitar suas notas, não pegou seu certificado de matrícula. A falta desse documento fechou o caminho para uma carreira docente ou acadêmica. Assim, ele partiu para continuar estudando sua amada química por conta própria. Prometeu aos pais que voltaria a Kcynia somente quando se tornasse famoso.
Em Berlim
Naquela época, Berlim era a cidade acadêmica mais próxima, onde muitos poloneses estudavam. Jan Czochralski chegou lá no final de 1904 e começou a trabalhar na farmácia/drogaria do Dr. A. Herbrand em Altglienicke (hoje um bairro de Berlim). Ele realizou análises de minérios, óleos, lubrificantes e metais. Aqui, adquiriu experiência como químico, farmacêutico, cientista de materiais e acadêmico, ganhando conhecimento e independência na formulação de temas de pesquisa. Vale notar que ele nunca esqueceu essa prática farmacêutica; ao retornar à Polônia, surpreendeu familiares e amigos preparando excelentes licores e pratos, até mesmo com plantas e cogumelos considerados não comestíveis ou até venenosos.
Mais tarde, trabalhou brevemente no laboratório da Kunheim & Co. em Niederschöneweide, perto de Berlim, antes de ingressar no consórcio Allgemeine Elektrizitäts-Gesellschaft (AEG). Seu trabalho na Kabelwerk Oberspree e dois anos nos laboratórios de pesquisa do consórcio o prepararam para assumir o cargo de chefe do laboratório de pesquisa de aço e ferro. Ele se concentrou em determinar a qualidade e pureza de metais, ligas e produtos semi acabados, além da refinação de cobre. Sua enorme diligência e perseverança permitiram que ele, apesar da falta de credenciais acadêmicas formais, assistisse a palestras sobre química especial no Politécnico de Charlottenburg, perto de Berlim.
Dizem que ele também frequentou aulas na Faculdade de Artes da Universidade de Berlim, onde conheceu sua futura esposa, Marguerite Haase, uma pianista de uma família holandesa estabelecida em Berlim. Por volta de 1910, ele obteve o título profissional (ou cargo?) de engenheiro químico. Entre 1911 e 1914, foi assistente de W. von Moellendorff, com quem publicou seu primeiro artigo sobre cristalografia de metais, especificamente lançando as bases para a posterior teoria de deslocações. A principal tarefa do jovem Czochralski era introduzir o alumínio na eletrônica, realizando trabalhos pioneiros na tecnologia de produção de chapas, fios e prensas de alumínio, estudando ligas de alumínio e padronizando pesquisas metalográficas. Metais e metalografia tornaram-se, desde então, a paixão de Czochralski. Ele publicou mais artigos, abordando temas difíceis e novos. Seus feitos foram significativos e abriram novos caminhos na ciência e na tecnologia. A fama de Czochralski cresceu lentamente.
Descoberta do método Czochralski
O maior reconhecimento veio a Jan Czochralski pelo método que leva seu nome, desenvolvido em 1916, como um método para medir a velocidade de cristalização de metais. Hoje, o método Czochralski pode ser descrito da seguinte forma: o material a ser cristalizado é fundido em um cadinho e resfriado na superfície do fundido até a temperatura de solidificação. Uma semente de cristalização (um capilar ou um monocristal adequadamente orientado) é introduzida na camada superficial do fundido, sobre a qual começam a crescer camadas sucessivas de cristal, orientadas de acordo com a orientação da semente. A semente é extraída do fundido a uma velocidade específica para manter o contato entre o cristal em crescimento e o fundido. A seleção adequada da velocidade de extração, a rotação mútua do cristal e do cadinho, a distribuição de temperatura no cadinho e muitos outros parâmetros afetam o tamanho e a qualidade do monocristal resultante. Por exemplo, os monocristais de silício usados na indústria de semicondutores geralmente têm um diâmetro de cerca de 20 cm. Uma das principais vantagens do método é a possibilidade de introduzir dopantes de forma controlada, o que significa que o material não precisa ser “espectralmente puro”.
Vale mencionar que Czochralski também trabalhou em outro método para produzir monocristais: por meio da recristalização do material inicial. Ele também foi o autor da primeira tentativa de uma teoria microscópica desse fenômeno.
Em Frankfurt am Main
Em 1917, Czochralski finalmente convenceu as autoridades do consórcio Metallbank und Metallurgische Gesellschaft A.G. a estabelecer um grande laboratório metalúrgico, que combinava pesquisa científica com testes de oficina. Ele se mudou para Frankfurt am Main e, aos 32 anos, tornou-se o criador e diretor de um dos laboratórios industriais mais bem equipados da Alemanha. Muitos artigos científicos e patentes valiosas foram desenvolvidos lá. Entre os materiais patenteados mais notáveis estava uma liga sem estanho para rolamentos ferroviários, chamada metal B. A patente de 1924 foi adquirida pelas principais potências econômicas do mundo, incluindo Estados Unidos, França e Inglaterra. Isso trouxe uma fortuna ao inventor (os últimos pagamentos de licenças datam de 1948!), mas também a inveja de outros. Os esforços para introduzir a liga nos ferrovias polonesas foram percebidos como sabotagem e enfraquecimento da Polônia. Uma série de processos judiciais foi iniciada, que, embora vencidos por Czochralski, deixaram desnecessariamente uma impressão negativa.
O campo da metalurgia, que se desenvolvia rapidamente, também ganhou uma estrutura organizacional. Em 1919, Jan Czochralski, junto com alguns colegas, fundou a Sociedade Alemã de Metalurgia (Deutsche Gesellschaft für Metallkunde) e tornou-se seu presidente no congresso de Wrocław em 1925. Ele não escondeu que era polonês, e ainda assim os alemães o elegeram chefe de sua sociedade. Ressaltou-se com apreço que, ao guiar o presidente alemão Hindenburg pela famosa exposição técnica de Berlim em 1924, ele falou com ele em polonês. Czochralski também foi membro honorário da União Internacional para Pesquisa de Materiais em Londres.
O trabalho de Czochralski não se limitou a aplicações industriais. Suas pesquisas fundamentais incluíram estudos pioneiros sobre a anisotropia da dureza de monocristais, que foram significativos para o processamento plástico de materiais (trabalhos de 1913-1923). Foram publicados dois manuais, posteriormente traduzidos para vários idiomas: Metais de rolamento e suas aplicações tecnológicas (co-escrito com G. Welter, 1920) e Metalurgia Moderna em teoria e prática (1924). No entanto, muitos de seus trabalhos estavam sujeitos a segredos corporativos ou militares (também mais tarde na Polônia) e provavelmente nunca foram publicados. Sabe-se que apenas durante seu tempo em Frankfurt, Czochralski foi autor de relatórios que totalizavam mais de 2.000 páginas.
De volta à Polônia
A Polônia, renascida após a Primeira Guerra Mundial, precisava do conhecimento e das habilidades de seus filhos espalhados pelo mundo. Sabia-se que Jan Czochralski não havia esquecido sua pátria, apesar de sua alta posição na indústria alemã. Ele retornou à Polônia por convite do presidente, o distinto químico professor Ignacy Mościcki, e em 1929 assumiu um cargo de professor na Faculdade de Química da Universidade Politécnica de Varsóvia.
Ele também recebeu um dos primeiros doutorados honoris causa da universidade. Mais uma vez, ele construiu sua oficina: o Departamento de Metalurgia e Ciência de Materiais na universidade e o Instituto de Metalurgia e Ciência de Materiais, que trabalhava principalmente para o Ministério de Assuntos Militares. Ambas as instituições científicas estavam equipadas com os aparelhos mais modernos. O professor Czochralski também organizou a Seção Metalúrgica no Instituto de Pesquisa Química (ChIB) em Varsóvia, um dos institutos de pesquisa independentes mais destacados do país, criado para desenvolver métodos de utilização dos recursos de matérias-primas da Polônia para a indústria polonesa. Ambas as instituições, modernamente equipadas, também realizavam trabalhos significativos relacionados à defesa do país por encomenda do Ministério de Assuntos Militares. Czochralski também assumiu o Instituto de Pesquisa de Materiais de Armamento.
Nessas instituições, o professor Czochralski continuou as pesquisas iniciadas na Alemanha. Ele permaneceu engajado na medição das velocidades de cristalização de metais, nas propriedades elásticas, na corrosão de metais e ligas em várias atmosferas gasosas.
Vale destacar que, em maio de 1939, o professor Walter Gerlach (um conhecido físico, que mais tarde participou do saque do Instituto de Física da Universidade de Varsóvia em 1939) considerou o instituto de Czochralski melhor equipado do que muitas instalações alemãs, embora só lhe tenham mostrado a parte civil. Em seu relatório, ele escreveu: “(…) O que vi neste instituto está entre as coisas mais belas que já vi, comparável na Alemanha apenas aos institutos de pesquisa industrial. Ele contém todos os dispositivos experimentais e meios auxiliares imagináveis para metalurgia pura, química de metais, física de metais e processamento de metais. Parece-me principalmente um instituto de pesquisa, mas o ensino também é considerado; para esses fins educacionais, há meios auxiliares e dispositivos de primeira qualidade. Não posso opinar sobre o tamanho do instituto, mas estimo que ele seja quatro vezes maior que o novo instituto do professor Debye em Dahlem.” Czochralski também estava interessado no desenvolvimento econômico da Polônia. Vários trabalhos dessa área foram preservados. Um mistério peculiar é uma entrada no campo da ecologia encontrada no McGraw-Hill Dictionary of Scientific and Technical Terms (p. 408, 3ª ed., 1984). Será que a ecologia lhe interessava?
Ele investiu a riqueza que trouxe na indústria polonesa e destinou-a a causas sociais. Entre outras coisas, apoiou estudantes, artistas e escritores e ajudou museus. Os salões de sua casa eram conhecidos como um ponto de encontro para a comunidade artística de Varsóvia. Eles permaneceram assim durante a guerra, adquirindo um novo significado ao fornecer apoio e refúgio a artistas em situações particularmente difíceis. Foi lá, entre outras coisas, que Czochralski encomendou uma série de esculturas de A. Karny, incluindo retratos do anfitrião do salão. Ele participou ativamente das atividades da Sociedade Química Polonesa, da Associação de Mecânicos Poloneses e da Associação de Metalúrgicos Poloneses. Mesmo antes da guerra, tentou-se retratar Jan Czochralski como um usurpador da cátedra universitária e inimigo do estado polonês. No entanto, os relatos da imprensa sobre os processos vencidos pelo professor indicam um profundo senso de conexão com a nação e uma atitude de serviço demonstrada em muitas ações empreendidas.
Jan Czochralski também retornou à sua Kcynia natal, onde sua mãe ainda vivia. Assim, ele cumpriu sua promessa juvenil: era famoso e rico, mas não esqueceu suas origens. Em Kcynia, ele tinha sua segunda casa. Ele estava muito interessado em tudo relacionado à sua região natal, apoiando tanto pesquisas arqueológicas quanto buscas geológicas por depósitos de petróleo.
A tragédia da guerra
A Segunda Guerra Mundial interrompeu o trabalho científico do professor e tornou-se uma experiência particularmente profunda para ele. Como polonês e ex-cidadão prussiano proeminente, casado com uma alemã, ele enfrentou pressões especiais dos alemães, que queriam vê-lo como intermediário entre as autoridades de ocupação e os poloneses. A postura de Czochralski foi inequívoca: ele não colaborou. Em vez disso, usou seu conhecimento dos alemães de maneira diferente. Já no inverno de 1939, a pedido do pessoal de seu instituto, ele organizou uma instalação de serviços: o Departamento de Pesquisa de Materiais. Criado com o conhecimento e consentimento do então reitor da dissolvida Universidade Politécnica de Varsóvia, professor K. Drewnowski, esse departamento foi provavelmente um experimento. Foi uma tentativa de salvar os funcionários da universidade, empreendida por alguém que podia testar, sem grande risco, se os alemães permitiriam trabalhar com base em pedidos específicos de empresas polonesas e alemãs (perícias, produção de pequenas peças de reposição). A tentativa foi bem-sucedida, e logo depois, sob os mesmos princípios, vários outros departamentos foram estabelecidos na universidade e na politécnica.
O departamento proporcionou emprego e segurança (emitindo documentos apropriados) a dezenas de pessoas na Varsóvia ocupada, incluindo funcionários da politécnica e do ChIB, bem como membros ficticiamente empregados do Exército Nacional (AK). Além dos pedidos regulares, eram produzidos componentes de armamento encomendados pelo AK, e partes elétricas dos foguetes V-1 e V-2 eram destruídas por fusão após serem estudadas pelo professor Janusz Groszkowski. Não se juntar à escola técnica alemã estabelecida pelos alemães em 1942 pode ser visto como uma tentativa de enfatizar a identidade polonesa, uma manifestação de não apoiar a liquidação final da politécnica polonesa e não endossar as ações alemãs na Varsóvia ocupada. A cooperação com o AK, o resgate de pessoas presas pelos alemães, a ajuda ao gueto judeu em Varsóvia, a salvação de coleções de museus destruídas, o apoio a escritores e artistas poloneses e a recuperação dos ativos da politécnica após o Levante de Varsóvia foram aspectos naturais das atividades de Czochralski durante a ocupação. Ele considerava seu dever como polonês usar seu excepcional conhecimento da psicologia e da língua alemã para a causa polonesa, apesar do risco de parecer colaborar com os ocupantes. E, de fato, durante a guerra, o contraespionagem do AK investigou denúncias contra Czochralski, mas não foram tomadas represálias significativas contra o professor (e só poderia haver uma: a morte!). Em abril de 1945, o professor foi preso sob graves acusações de “colaboração com as autoridades de ocupação alemã em prejuízo de civis ou do estado polonês”. A investigação conduzida pelo Tribunal Penal Especial em Łódź determinou que não havia base para processar Czochralski ou sua família. Como escreveu mais tarde o procurador: “As atividades de Czochralski durante a ocupação não constituíram em nenhum caso colaboração com o ocupante e não poderiam ser classificadas como traição à nação polonesa”. Em agosto de 1945, a investigação foi arquivada por falta de provas de culpa.
Epílogo
Amargurado, o professor Czochralski retornou à sua Kcynia natal. Ele não aceitou uma oferta para se mudar para a Áustria, assim como uma vez rejeitou uma oferta da Ford, escolhendo retornar à sua pátria. Ele sabia que seu lugar era na Polônia. Agora, junto com sua família, fundou as Obras Químicas BION, produzindo diversos produtos cosméticos e de drogaria, incluindo o famoso “pó para espirrar com Pomba”. Assim, o círculo de sua vida se fechou: Kcynia – Berlim – Frankfurt am Main – Varsóvia – Kcynia. Jan Czochralski voltou a Kcynia e à química farmacêutica e de drogaria.
O professor morreu de uma doença cardíaca em Poznań em 22 de abril de 1953 e foi enterrado no antigo cemitério de sua Kcynia natal. O professor Jan Czochralski foi, sem dúvida, uma figura colorida, mas trágica. Diversos relatos pintam um quadro cheio de contradições. Um acadêmico destacado, observador e praticante nas áreas de ciências exatas e técnicas. Ao mesmo tempo, um humanista com amplos interesses. Escreveu artigos científicos e poesia. Apoiou fábricas e jovens artistas. Financiou bolsas para estudantes na Alemanha e na Polônia. Amplamente conhecido antes da guerra e esquecido depois dela. Para alguns, era frio e impopular (por ser exigente e reservado); outros admiravam seu sorriso encantador e sua confiança na humanidade. Ele conhecia seu valor, alcançado por meio de trabalho árduo, e não permitia que o ridicularizassem ou menosprezassem. Reconhecia o imenso papel da cultura na vida de uma nação e de um indivíduo, por isso se dedicava ao mecenato da arte. Sua filha escreveu lindamente sobre ele:
“A pátria acima de tudo: esse foi o pensamento guia de meu pai. Ele pensou nela, trabalhou por ela, ganhou fama por ela e sofreu tanto por ela.”
Mas reconhecer suas descobertas como parte integrante do patrimônio polonês exigiu tempo e esforços árduos tanto na Polônia quanto no exterior.
