As contribuições mais importantes do Dr. Kroemer foram no desenvolvimento das chamadas heteroestruturas. Elas aumentam muito a velocidade, e portanto a potência, de transistores e outros tipos de semicondutores que são os blocos de construção de todos os equipamentos eletrônicos.

O reconhecimento do trabalho do Dr. Kroemer pelo Comitê Nobel foi incomum, já que sua descoberta foi na ciência aplicada, e não na pesquisa pura, que é tipicamente onde os maiores avanços na compreensão da física ocorrem. Mas quando ele recebeu uma parte, com dois outros cientistas, do Prêmio Nobel de Física em 2000, o impacto de seu trabalho foi tão enorme que não podia ser negado.

Sua pesquisa mais significativa foi realizada inteiramente enquanto ele trabalhava no setor privado.

O Dr. Kroemer, que obteve seu Ph.D. pela Universidade de Göttingen, na Alemanha, pouco antes de completar 24 anos — uma idade jovem para um físico teórico — foi trabalhar para o serviço postal alemão em 1952 porque, como ele disse em uma entrevista de 2008 ao Instituto Nobel, não havia vagas de pós-doutorado disponíveis na época.

O serviço postal havia criado um pequeno laboratório e grupo de pesquisa para analisar como melhorar as telecomunicações, com especialistas em projetar experimentos. Mas eles precisavam de um teórico para ajudá-los a entender o que estava acontecendo. O trabalho do Dr. Kroemer, como ele explicou, era meter o nariz nos negócios de todo mundo, desde que ele não tocasse em nenhum equipamento.

Na época, os experimentalistas estavam tendo problemas para usar transistores, que tinham sido inventados nos Laboratórios Bell em Murray Hill, Nova Jersey, cinco anos antes. Estava claro que os transistores, que consistem em um emissor de elétrons (elétrons), uma base e um coletor de elétrons (buracos), eram um grande salto tecnológico, mas eram muito lentos para aplicações práticas. Eles eram ineficientes — elétrons indo do emissor para a base frequentemente fluíam de volta para o emissor — e não conseguiam lidar com sinais de alta frequência.

A primeira ideia do Dr. Kroemer foi criar uma base graduada para que os elétrons fornecessem uma carga maior, ou mais energia, conforme fossem do emissor para o coletor, assim como a água faz ao se aproximar de uma praia em ondas que quebram ao longo da costa. O problema era que a tecnologia não existia naquela época para construir uma. (Existe agora, e essas bases graduadas são usadas nos transistores de hoje.)

Um colega do serviço postal, Alfons Hähnlein, disse que a ideia do Dr. Kroemer não era possível, que o máximo que poderia ser feito era construir um transistor no qual o emissor tivesse uma lacuna de energia maior que a base.

Mas o Dr. Kroemer pensou que uma lacuna de energia maior poderia ser criada pela introdução de impurezas nos materiais semicondutores, um processo chamado dopagem, ou pela fabricação de coletores e emissores de materiais completamente diferentes, que é o método comum usado hoje em dia.

A ideia da heteroestrutura havia nascido.

O Dr. Kroemer publicou um artigo sobre suas ideias em 1954 e mais dois em 1957. Levaria algumas décadas até que a tecnologia existisse para construir bons transistores de heteroestrutura. Enquanto isso, ele passou para outros projetos.

Em 1963, o Dr. Kroemer, então na Varian Associates, uma empresa em Palo Alto, Califórnia, que fabricava equipamentos eletromagnéticos, teve um motivo para revisitar a ideia. Um colega de lá, Sol Miller, deu uma palestra sobre lasers semicondutores, que haviam sido desenvolvidos no ano anterior. O Dr. Miller disse que os lasers tinham duas desvantagens: eles precisavam de baixas temperaturas, e os pulsos que eles emitiam sempre seriam limitados, o que significa que sua energia também seria limitada.

Assim que o Dr. Miller terminou de falar, o Dr. Kroemer se levantou e disse: “’Mas isso é um monte de bobagens’”, ele contou em sua palestra do Nobel. “Na verdade, eu usei uma linguagem mais forte.”

O que o Dr. Kroemer percebeu foi que se um laser semicondutor fosse construído a partir de dois materiais diferentes, cada um com propriedades heteroestruturais, ele superaria os problemas que o Dr. Miller havia descrito.

O Dr. Kroemer escreveu sua ideia e a submeteu ao periódico Applied Physics Letters, que a rejeitou. Mas ele foi persuadido a submetê-la ao Proceedings of the IEEE, um periódico voltado principalmente para engenharia, e ela foi aceita. Ele entrou com um pedido de patente em 1967.

A ideia acabou levando ao desenvolvimento de diodos laser, que são a base de muitas das tecnologias mais utilizadas atualmente, incluindo cabos de fibra óptica, comunicações via satélite e leitores de código de barras.

Foi por esse trabalho que ele e Zhores I. Alferov (1930 — 2019), um cientista russo que havia desenvolvido independentemente uma tecnologia similar, foram premiados conjuntamente com metade do Nobel. A outra metade foi para Jack S. Kilby (1923 — 2005), um cientista americano, pelo desenvolvimento do circuito integrado.

O jovem Herbert demonstrou aptidão imediata para matemática e física, mas também era entediado e perturbador. Em matemática, ele se meteu em problemas ao ensinar a outros alunos métodos que eles não entendiam, e então o professor fez um acordo com ele: se ele se abstivesse de perturbar a aula, não teria que entregar nenhum trabalho e teria a garantia de uma nota alta. Ele cumpriu o acordo.

Após o ensino médio, ele entrou na Universidade de Jena, cerca de 15 milhas a sudeste de Weimar. Toda a região, que ficava na Alemanha Oriental, estava então sob a jurisdição da União Soviética, e o Dr. Kroemer, como muitos estudantes e professores, se irritou com o governo restritivo. Depois de apenas um ano, ele decidiu sair.

Isso foi em 1948, durante o Bloqueio de Berlim, quando os Aliados estavam transportando suprimentos para Berlim Ocidental depois que os soviéticos cortaram o acesso ferroviário, rodoviário e de canal. O Dr. Kroemer, que havia trabalhado durante o verão na Siemens, a empresa de tecnologia, ficou na fila por dois dias no aeroporto e então voou para fora em um avião britânico.

Antes de partir, ele havia escrito para várias universidades buscando admissão. Ele finalmente encontrou uma vaga na Universidade de Göttingen, onde foi orientado por Fritz Sauter (1906 – 1983), que se especializou em física do estado sólido. Depois que o Dr. Kroemer deu um colóquio sobre uma nova ideia relacionada a transistores, o Dr. Sauter sugeriu que ele enviasse seu artigo para seu mestrado em física teórica. Um ano depois, em 1952, o Dr. Kroemer obteve seu Ph.D.

Depois da Varian Associates, ele trabalhou no Semiconductor Research and Development Laboratory em San Jose, Califórnia. Em 1968, ele se juntou ao corpo docente da University of Colorado como professor de engenharia elétrica. Ele se juntou à University of California, Santa Barbara, novamente como professor de engenharia elétrica, em 1976 e terminou sua carreira lá em 2012. Ele passou uma boa parte do tempo durante seu trabalho acadêmico desenvolvendo e refinando heteroestruturas.

Embora o Dr. Kroemer tenha feito muitas de suas pesquisas inovadoras enquanto trabalhava na indústria privada, ele observou um tanto pesaroso em sua palestra do Nobel que não tinha conseguido desenvolver diodos laser, por exemplo, porque as empresas para as quais ele trabalhou inicialmente não viam valor na ideia. O problema, ele disse, era que as pessoas frequentemente queriam usos imediatos para novas tecnologias.

“É totalmente inútil, quando se trata de uma nova ideia de pesquisa, perguntar: ‘Bem, para que isso serve?’”, ele disse, “porque muitas vezes os aplicativos precisam ser criados primeiro”.