Het wat als? Whiz

Mildred Dresselhaus werd afgelopen mei naar het Oval Office geroepen voor wat een audiëntie van vijf minuten had moeten zijn met de president. Maar nadat Obama haar en een collega-fysicus feliciteerde met het winnen van de Enrico Fermi-prijs, die wordt uitgereikt voor uitmuntende bijdragen aan de energiewetenschap, raakten ze aan de praat over de opwarming van de aarde en het belang van fundamentele wetenschap. Voor ze het wisten was er een half uur voorbijgevlogen. Hij liet zijn hele agenda op de schop gaan, zegt ze. In september reisde ze naar Oslo om te dineren met de Noorse koning Harald en ontving ze de Kavli-prijs van $ 1 miljoen voor nanowetenschappen.

Op de vraag van welk werk ze het meest heeft genoten, zegt Dresselhaus: Het ding waar ik nu aan werk. En dat verandert steeds.

Al deze prijzen die ik onlangs heb gekregen … het heeft me doen denken: 'Oh, ik ga gewoon nog een paar jaar door', zegt Dresselhaus, 82, die in 2012 39 papers schreef of co-auteur was. een lange tijd. Ik ben nu officieel met pensioen. Maar ik ben niet echt met pensioen. In feite is de emeritus hoogleraar natuurkunde en elektrotechniek zeven dagen per week om 06.30 uur in haar kantoor in gebouw 13; tot voor kort arriveerden zij en haar man, gepensioneerd natuurkundeprofessor Gene Dresselhaus, elke ochtend om 5.30 uur. Ze blijft graag op de hoogte van de meer dan 100 dagelijkse e-mails van collega's en oud-studenten - uitnodigingen voor evenementen, updates over carrières en persoonlijke levens, en verzoeken om input voor hun onderzoek. Collega's beschouwen haar als de aangewezen persoon als ze een interessante ontdekking hebben gedaan, maar niet zeker weten wat ze ermee moeten doen.

Ze veegt het volume van haar correspondentie weg als typerend voor een MIT-professor. Maar er is niet veel typisch aan Millie, zoals bijna iedereen haar noemt.

Dresselhaus, een pionier op het gebied van nanowetenschap, was een van de eerste wetenschappers die zich voorstelde dat het mogelijk was koolstofnanobuisjes te maken, die opmerkelijk sterk zijn en warmte en elektriciteit beter geleiden dan koolstof doorgaans doet. Ze was de eerste die het thermo-elektrische effect op nanoschaal benutte om efficiënt energie te winnen uit temperatuurverschillen in materialen die elektriciteit geleiden. Millie's bijdragen zijn enorm, zegt James Tour, een vooraanstaand nanotech-onderzoeker en een professor aan de Rice University. Ze is verantwoordelijk voor veel van wat we weten over de methoden om koolstofmaterialen te definiëren en te karakteriseren, waaronder grafiet, grafeen en koolstofnanobuizen.

Ondertussen was Dresselhaus ook directeur van het Office of Science bij het Amerikaanse ministerie van Energie, penningmeester van de National Academy of Sciences en voorzitter van zowel de American Association for the Advancement of Science als de American Physical Society, om maar een paar van haar buitenschoolse afspraken. Als winnaar van de National Medal of Science en de ontvanger van 28 eredoctoraten, hielp ze de moderne natuurkunde vorm te geven, zelfs toen ze meer dan 60 PhD-studenten door MIT leidde en vier kinderen opvoedde in een tijdperk waarin van moeders vaak werd verwacht dat ze thuis bleven.

De voordelen van tegenspoed
Toen Dresselhaus begon, werden vrouwen vaak actief ontmoedigd om een ​​wetenschappelijke loopbaan na te streven. Ze zegt dat Andrew Lawson, haar PhD-adviseur aan de Universiteit van Chicago, geloofde dat vrouwen geen plaats hadden in de wetenschap en niet eens wisten waar ze aan werkte tot twee weken voordat ze haar proefschrift inleverde. Maar ze was geen onbekende in tegenspoed, omdat ze tijdens de depressie was opgegroeid in een arme buurt in de Bronx. Dresselhaus blonk uit in muziek en academici; tegen zes uur nam ze in haar eentje de metro naar vioollessen. Op Hunter College erkende en moedigde natuurkundeprofessor (en toekomstige Nobelprijswinnaar) Rosalyn Yalow haar gave voor wetenschap aan.

Na het volgen van een Fulbright-studie aan de Universiteit van Cambridge en het behalen van een master aan Radcliffe, ging Dresselhaus in 1953 naar de Universiteit van Chicago. Daar, als eerstejaars PhD-student, liep ze vaak samen met de grote natuurkundige Enrico Fermi naar de campus in het laatste jaar van zijn leven. (We hadden het over wat) hij wilde praten, zegt ze. Ik was een erg verlegen jongetje en zou er niet aan denken om het onderwerp aan Enrico Fermi voor te stellen.) Dat jaar van gesprekken hielp Dresselhaus vormen als wetenschapper. Hij stond altijd klaar om het onbekende aan te pakken, herinnert ze zich. Hij zou altijd vragen stellen over 'Wat als dit en dit en dit waar waren? Wat als we dit zouden kunnen maken - zou het interessant zijn en wat kunnen we leren?'

In de steek gelaten door haar adviseur, zocht Dresselhaus andere studenten en docenten op als klankborden voor dergelijke vragen terwijl ze haar proefschrift over magnetisme en supergeleiding ontwikkelde, waarbij ze geborgen apparatuur hergebruikte om haar experimenten uit te voeren. Ik deed mijn scriptie heel zelfstandig, dus toen ik klaar was, was ik een soort zelfstandiger wezen dan gemiddeld, zegt ze. Ik geloof dat tegenspoed tot voordelen kan leiden.

De verleiding van koolstof
Dresselhaus trouwde in 1958 met Gene, een mede-fysicus van de Universiteit van Chicago, en ging met hem naar Cornell, waar hij op de faculteit zat en zij een postdoc was. Hun dochter, Marianne '81, werd daar in 1959 geboren. Destijds konden slechts twee plaatsen in het land een paar getrouwde wetenschappers aannemen: IBM en MIT. Dus gingen ze in 1960 allebei werken bij de Solid State Division van Lincoln Laboratory, die onderzoek deed naar de fysica van vaste stoffen en mogelijke solid-state toepassingen voor het leger. Divisiedirecteur Ben Lax, PhD ’49, dacht dat een recente theorie van supergeleiding geen verdere mysteries liet oplossen, dus vroeg hij Dresselhaus om iets anders te onderzoeken.

De Queen of Carbon, zoals ze bekend staat, zet een experiment op en geeft een lezing (hieronder).

Gedwongen om te schakelen, besloot Dresselhaus zich te concentreren op koolstof, en vooral op de elektronische structuur van grafiet, de zachte, elektriciteitgeleidende vorm van koolstof die potloden vult. Haar doel: onderzoeken hoe het werkt op het meest fundamentele niveau.

Ze werd een van de eerste wetenschappers die lasers gebruikte om te observeren hoe elektronen zich gedragen in hoge magnetische velden. Dergelijk werk werd als moeilijk beschouwd en de elektronische structuur van grafiet werd toen als zeer complex beschouwd. Dus ze had het veld eigenlijk voor zichzelf. Er waren drie kranten per jaar in de wereld, en ik denk dat ze bijna allemaal van mij waren, herinnert ze zich. In 1964 had ze vier kinderen onder de zes jaar, dus het gebrek aan concurrentiedruk bleek nuttig toen ze jongleren met de eisen van onderzoek en moederschap.

In 1967 werd Dresselhaus uitgenodigd om een ​​jaar lang gasthoogleraar te zijn aan het MIT. Filantroop Abby Rockefeller Mauzé had een fonds opgericht om een ​​vrouwelijke professor te steunen in een onderwerp waarin vrouwen ondervertegenwoordigd waren; vrouwen in de natuurwetenschappen waren uiterst zeldzaam, dus Dresselhaus was een shoo-in. Ze werd al snel fulltime aangenomen, zegt ze, omdat niemand anders bereid was natuurkunde te leren aan technische studenten. Dat was ze ook, hoewel een senior faculteitslid van Cornell haar had verteld dat vrouwen geen ingenieurs kunnen onderwijzen. Dresselhaus ontwikkelde een cursus die zich richtte op de fysica van praktische, echte technische problemen. De cursussen die ze begon - de moderne versie van 6.732 (Physics of Solids) en wat werd het? 6.730 (Physics for Solid State Applications) - worden vandaag nog steeds onderwezen, en ze zijn nog steeds grotendeels gebaseerd op haar originele aantekeningen.

Ze zette ook haar koolstofonderzoek voort en in de jaren zeventig ging ze dieper in op grafiet. Het is een gelaagd materiaal waarvan de vlakken zeer zwak aan elkaar gehecht zijn en Dresselhaus wilde meer weten over de eigenschappen van die afzonderlijke lagen. Zij en haar studenten wrikten de lagen in wezen uit elkaar door verschillende moleculen ertussen te plaatsen en vervolgens dingen als hun elektrische en magnetische eigenschappen te meten. Dat werk bleek zo vruchtbaar dat het laboratorium van Dresselhaus studenten van vijf verschillende afdelingen trok lang voordat interdisciplinair onderzoek populair werd. Het resulteerde in ongeveer twee dozijn stellingen in de jaren tachtig, en het hielp de basis te leggen voor onderzoek dat tegenwoordig plaatsvindt naar grafeen - één-atoom-dikke vellen grafiet die zouden kunnen dienen als een sterk en zeer efficiënt geleidend materiaal.

Haar vroege werk over grafiet bevatte het meeste van wat nu is herontdekt in het geval van grafeen, zegt Phaedon Avouris, een IBM Fellow en manager van wetenschap en technologie op nanometerschaal bij het Thomas J. Watson Research Center in Yorktown Heights, New York.

De bodem valt uit het schip
Bijna al het werk dat het laboratorium van Dresselhaus liet zoemen, vereiste het gebruik van het hoogmagnetische veldlab van MIT, dat werd gefinancierd door de National Science Foundation. Maar in 1990 verschoof de NSF zijn financiering naar Florida State University - en Dresselhaus had geen interesse om naar het zuiden te gaan.

Hoewel ze er geen voorstander van is om tegenspoed op te zoeken, is het van cruciaal belang om te leren functioneren als de bodem uit het schip valt en je naar een ander schip moet verhuizen, zegt ze. Heronderzoek van wie je bent en wat je wilt doen is heel waardevol. Elke 20 jaar of zo, is het waarschijnlijk het beste dat kan gebeuren. Toen Dresselhaus in 1990 overkwam, greep ze terug op haar eerdere gesprekken met Fermi om erachter te komen wat ze nu moest doen. Je houdt een beetje van wat je kent als je veiligheidspositie, zegt ze. Maar dan stop je 90 procent van je energie in het starten van iets nieuws dat je niet kent.

Ze wist veel over koolstof. Maar door er wat als vragen over te blijven stellen, sloeg ze onbekende richtingen in. In 1990 bespraken zij en Rice-natuurkundige Richard Smalley tijdens een workshop van het ministerie van Defensie over onderzoek naar koolstofmaterialen hoe het toevoegen van een ring van 10 koolstofatomen aan een buckyball (het voetbalvormige C60-molecuul) het transformeert in C70, een langwerpige bal. Dat leidde tot het idee om dergelijke ballen verder uit te rekken tot wat bekend zou worden als enkelwandige koolstofnanobuizen, opgerolde cilinders van koolstof van één atoom dik. In 1992 schreef Dresselhaus een paper met haar man en collega's Riichiro Saito en Mitsutaka Fujita waarin ze stelde dat het mogelijk zou zijn om halfgeleidende of metalen koolstofnanobuizen te maken - die heel andere eigenschappen zouden hebben - door simpelweg hun geometrie heel licht te veranderen. Dit idee was verrassend, maar uiteindelijk correct. In 1994 deed ze in haar laboratorium onderzoek naar de eigenschappen van nanobuisjes. Het was een grote stap voorwaarts, zegt ze. Nanobuisjes waren zo'n beetje het eerste echt nano-ding.

In 1992 startte Dresselhaus een nieuwe onderzoeksinspanning toen de Amerikaanse marine om hulp vroeg bij het uitzoeken hoe ze stilletjes en onzichtbaar stroom konden opwekken - zonder verbranding, uitlaatgassen of luchtbellen - om onderzeeërs in stealth-modus voort te stuwen. Dat verzoek zette haar aan het denken over het thermo-elektrisch effect, een fenomeen dat temperatuurverschillen in bepaalde materialen omzet in spanning. Het oogsten van die energie was altijd lastig gebleken omdat het een lage thermische geleidbaarheid vereist (om het temperatuurverschil te behouden) en een hoge elektrische geleidbaarheid (zodat de spanning die door het temperatuurverschil wordt gegenereerd, kan stromen). Maar het verhogen van de elektrische geleidbaarheid verhoogt doorgaans de thermische geleidbaarheid, terwijl een verlaging van de thermische geleidbaarheid ook de elektrische geleidbaarheid verlaagt. Door het geleidende materiaal op nanoschaal te ontwerpen, vond ze een manier om de thermische en elektrische geleidbaarheid veel onafhankelijker te regelen, waardoor het nieuwe gebied van nanothermo-elektriciteit ontstond. Thermo-elektrische apparaten kunnen een temperatuurgradiënt gebruiken (misschien veroorzaakt door afvalwarmte of zonlicht) om elektriciteit op te wekken, of elektriciteit gebruiken om te verwarmen of te koelen zonder bewegende delen. Het potentiële belang van dergelijke apparaten is dus enorm. Tegenwoordig werkt Dresselhaus samen met Gang Chen, die aan het hoofd staat van het Solid-State Solar-Thermal Energy Conversion Center van MIT, aan onderzoek om de efficiëntie van thermo-elektrische materialen te verbeteren.

Hoewel het voor haar studenten een beetje traumatisch leek toen ze haar onderzoeksfocus moest verleggen, wierpen beide nieuwe richtingen vruchten af. Het meest vruchtbare is om te veranderen, zegt ze.

Sommige dagen is het niet zo gemakkelijk
Dresselhaus verwerkte het trauma van het wisselen van richting in haar onderzoek met minimale poespas. Maar gedurende haar hele carrière had ze ook te maken met de uitdaging om gewoon een vrouw te zijn in een door mannen gedomineerd veld. Toen ze bij Lincoln Laboratory aankwam, was de dochter van Dresselhaus een baby; het hebben van nog drie kinderen in de komende vijf jaar maakte haar niet geliefd bij haar baas, die volgens haar vier kinderen buitensporig vond. Voor de geboorte van haar drie zonen nam Dresselhaus in totaal vijf dagen zwangerschapsverlof op. (Een werd geboren in een lang weekend, herinnert ze zich, een andere arriveerde op een sneeuwdag.) Gewapend met een dik kussen om te rijden, ging ze meteen weer aan het werk.

Toen ze in 1967 begon met lesgeven aan het MIT, was slechts 4 procent van de MIT-studenten vrouw (nu 45 procent), en het percentage vrouwelijke docenten was zelfs nog lager. Als je zo in de minderheid bent en je ziet gewoon geen andere vrouwelijke hoogleraren, dan vraag je jezelf af of je een kans maakt, of je daar thuishoort, zegt ze. Sommige dagen is het niet zo gemakkelijk om door te gaan. Op sommige dagen zou je er behoorlijk moedeloos van kunnen worden.

Tegenwoordig vindt Dresselhaus nog bijna dagelijks de tijd om viool of altviool te spelen en heeft het geen zin om met pensioen te gaan. Ze zegt dat haar werk haar naar zoveel interessante plaatsen brengt dat het lijkt alsof ik elke maand op vakantie ben.

Maar haar man moedigde haar aan om door te zetten. Ze had ook een betrouwbare oppas. (Ik was voor haar kinderen haar toegangsbewijs naar het hoger onderwijs, zegt ze. We hadden een goede samenwerking.) Haar volharding leidde niet alleen tot opmerkelijk onderzoek, maar hielp ook om de houding ten opzichte van vrouwen in de wetenschap te veranderen. In feite, zegt ze, verontschuldigde haar PhD-adviseur zich uiteindelijk voor het negeren van haar, en nodigde haar uit om een ​​voorname lezing te geven aan zijn universiteit. Mensen veranderen, zegt ze. En dus is het voor ons belangrijk om door te gaan, want we hebben wel een goede invloed. Het was niet zo moeilijk om hem te veranderen.

Bij het MIT gebruikte Dresselhaus een deel van het stipendium dat bij haar Abby Rockefeller Mauzé Chair hoorde om evenementen te financieren om vrouwen te ondersteunen. Ongeveer 45 jaar lang ontmoette ze bijna dagelijks kleine groepen vrouwen om de problematische situaties te bespreken waarmee ze bij het MIT werden geconfronteerd. Toen ze onder president Clinton bij het Department of Energy's Office of Science diende, vloog ze elk weekend naar huis om haar promovendi te ontmoeten. Tegenwoordig geeft ze nog steeds regelmatig workshops om de presentatievaardigheden en het zelfvertrouwen van studenten te versterken.

Verhalen over hoe ze studenten hielp zijn legio. Toen cursus VI major Marcie Black '95, MNG '05, PhD '03, worstelde met Dresselhaus's Advanced Solid State Physics-klas als PhD-student, kondigde Dresselhaus aan dat ze een optionele recitatie zou houden voor de les om 8 uur 's ochtends (dat is als de middelste van de nacht tegen een MIT-student, zegt Black, die vermoedt dat Dresselhaus wist dat zij de enige zou zijn die op dat uur zou komen.) Evenzo, toen Sandra Brown, PhD '00, ploeterde in de begindagen van haar PhD-werk en denkend aan het verlaten van MIT, overtuigde een enkele ontmoeting met Dresselhaus haar om te blijven. Millie heeft mijn leven veranderd, zegt ze.

Hoewel Dresselhaus er tegenwoordig voor zorgt, zoals altijd, regelmatig kamermuziek met haar familie te spelen, komt ze niet in het minst in de verleiding om daadwerkelijk met pensioen te gaan - op een strand te gaan zitten en te ontspannen. Daar ben ik niet zo goed in, bekent ze. Het is grappig, ik geloof dat dit geldt voor de meeste MIT-professoren: we hebben zoveel plezier in ons werk dat naar het werk komen geen opoffering is, het is iets dat we heel graag doen. Als we het niet hadden, zouden we niet al te blij zijn.

zich verstoppen