Hvad hvis? Whiz

Mildred Dresselhaus blev indkaldt til det ovale kontor i maj sidste år for, hvad der skulle have været en fem minutters audiens hos præsidenten. Men efter at Obama lykønskede hende og en medfysiker for at vinde Enrico Fermi-prisen, som uddeles for fremragende bidrag til energividenskab, fik de en snak om global opvarmning og vigtigheden af ​​grundlæggende videnskab. Før de vidste af det, var der gået en halv time. Han lod hele sit skema gå i potten, siger hun. I september rejste hun til Oslo for at spise middag med Norges kong Harald og modtage Kavli-prisen på 1 million dollar i nanovidenskab.





Millie Dresselhaus

På spørgsmålet om, hvilket arbejde hun har nydt mest, siger Dresselhaus: Det, jeg arbejder på nu. Og det bliver ved med at ændre sig.

Alle disse priser, som jeg har modtaget for nylig … det har fået mig til at tænke: 'Åh, jeg bliver bare ved i et par år endnu,' siger Dresselhaus, 82, som forfattede eller var medforfatter til 39 artikler i 2012. Jeg har gået på pension for lang tid. Jeg er officielt pensioneret nu. Men jeg er faktisk ikke pensionist. Faktisk er instituttets professor emerita i fysik og elektroteknik syv dage om ugen på sit kontor i Bygning 13 kl. 06.30; indtil for nylig ankom hun og hendes mand, den pensionerede fysikprofessor Gene Dresselhaus, hver morgen klokken 5:30. Hun kan godt lide at holde styr på de over 100 daglige e-mails fra kolleger og tidligere studerende – invitationer til arrangementer, opdateringer om karriere og privatliv og anmodninger om input til deres forskning. Kolleger betragter hende som den bedste, når de har gjort en interessant opdagelse, men ikke er sikre på, hvad de skal gøre med den.

Hun afviser omfanget af sin korrespondance som typisk for en MIT-professor. Men der er ikke meget typisk ved Millie, som næsten alle kalder hende.



Dresselhaus var en pioner inden for nanovidenskab og var en af ​​de første videnskabsmænd, der forestillede sig, at det var muligt at lave kulstofnanorør, som er bemærkelsesværdigt stærke og leder varme og elektricitet bedre, end kulstof typisk gør. Hun var den første til at udnytte den termoelektriske effekt på nanoskala til effektivt at høste energi fra temperaturforskelle i materialer, der leder elektricitet. Millies bidrag er enorme, siger James Tour, en førende nanoteknologiforsker og professor ved Rice University. Hun er ansvarlig for meget af det, vi ved om metoderne til at definere og karakterisere kulstofmaterialer, herunder grafit, grafen og kulstofnanorør.

Undervejs fungerede Dresselhaus også som direktør for Office of Science ved det amerikanske energiministerium, kasserer for National Academy of Sciences og præsident for både American Association for the Advancement of Science og American Physical Society, for blot at nævne et par af hendes ekstraordinære aftaler. Vinder af National Medal of Science og modtager af 28 æresdoktorgrader, hun var med til at forme moderne fysik, selvom hun var hyrde for mere end 60 ph.d.-studerende gennem MIT og opfostrede fire børn i en æra, hvor mødre ofte forventedes at blive hjemme.

Fordelene ved modgang
Da Dresselhaus startede, blev kvinder ofte aktivt afskrækket fra at forfølge videnskabelige karrierer. Hun siger, at Andrew Lawson, hendes ph.d.-rådgiver ved University of Chicago, mente, at kvinder ikke havde nogen plads i videnskaben og ikke engang vidste, hvad hun arbejdede med, før to uger før hun afleverede sin afhandling. Men hun var ikke fremmed for modgang, da hun voksede op i et fattigt kvarter i Bronx under depressionen. Dresselhaus udmærkede sig inden for musik og akademiker; klokken seks tog hun selv metroen til violinundervisning. På Hunter College anerkendte og opmuntrede fysikprofessor (og fremtidig nobelpristager) Rosalyn Yalow hendes gave til videnskab.



Efter at have gået på University of Cambridge på en Fulbright og opnået en mastergrad på Radcliffe, tog Dresselhaus til University of Chicago i 1953. Der, som førsteårs ph.d.-studerende, befandt hun sig ofte på at gå til campus sammen med den store fysiker Enrico Fermi i det sidste år af sit liv. (Vi talte om hvad han ville snakke om, siger hun. Jeg var en meget genert ung og ville ikke finde på at foreslå emnet til Enrico Fermi.) Det år med samtaler var med til at forme Dresselhaus som videnskabsmand. Han var altid klar til at tackle det ukendte, husker hun. Han ville altid stille spørgsmål om 'Hvad hvis dette og dette og dette var sandt? Hvad hvis vi kunne lave dette – ville det være interessant, og hvad kunne vi lære?’

Forladt af sin rådgiver, opsøgte Dresselhaus andre studerende og fakulteter som klangbund for sådanne spørgsmål, da hun udviklede sit speciale om magnetisme og superledning, og genbrugte reddet udstyr til at udføre sine eksperimenter. Jeg lavede mit speciale meget selvstændigt, så da jeg blev færdig, var jeg en slags mere selvstændig skabning end gennemsnittet, siger hun. Jeg tror på, at modgang kan føre til fordele.

Kulstoffets lokkemiddel
Dresselhaus giftede sig med Gene, en kollega ved University of Chicago, i 1958 og tog med ham til Cornell, hvor han var på fakultetet, og hun var postdoc. Deres datter, Marianne ’81, blev født der i 1959. På det tidspunkt var der kun to steder i landet, der ville ansætte et par gifte videnskabsmænd – IBM og MIT. Så i 1960 gik de begge på arbejde ved Lincoln Laboratory's Solid State Division, som forskede i faststofs fysik og potentielle solid-state applikationer til militæret. Divisionsdirektør Ben Lax, PhD '49, mente, at en nyere teori om superledning ikke efterlod yderligere mysterier, der skulle løses, så han bad Dresselhaus om at forske i noget andet.



Millie Dresselhaus

The Queen of Carbon, som hun er kendt, sætter et eksperiment op og holder et foredrag (nedenfor).

Millie Dresselhaus

Tvunget til at skifte gear besluttede Dresselhaus at fokusere på kulstof, og især på den elektroniske struktur af grafit, den bløde, elektricitetsledende form for kulstof, der fylder blyanter. Hendes mål: at udforske, hvordan det virker på det mest grundlæggende niveau.

Hun blev en af ​​de første videnskabsmænd, der brugte lasere til at observere, hvordan elektroner opfører sig i høje magnetfelter. Sådant arbejde blev anset for vanskeligt, og grafittens elektroniske struktur blev derefter set som meget kompleks. Så hun havde stort set feltet for sig selv. Der var tre aviser om året i verden, og jeg tror, ​​de næsten alle var mine, husker hun. I 1964 havde hun fire børn under seks år, så manglen på konkurrencepres viste sig nyttig, da hun jonglerede med kravene til forskning og moderskab.



I 1967 blev Dresselhaus inviteret til at tjene et år som gæsteprofessor ved MIT. Filantropen Abby Rockefeller Mauzé havde oprettet en fond for at støtte en kvindelig professor i et emne, hvor kvinder var underrepræsenteret; kvinder i de fysiske videnskaber var ekstremt sjældne, så Dresselhaus var en shoo-in. Hun blev hurtigt ansat på fuld tid, siger hun, fordi ingen andre var villige til at undervise ingeniørstuderende i fysik. Det var hun - selv om et højtstående fakultetsmedlem hos Cornell havde fortalt hende, at kvinder ikke kan undervise ingeniører. Dresselhaus udviklede et kursus, der fokuserede på fysikken i praktiske ingeniørproblemer i den virkelige verden. Kurserne hun startede - den moderne version af 6.732 (Physics of Solids) og hvad der blev til 6.730 (Physics for Solid State Applications) - undervises stadig i dag, og de er stadig i vid udstrækning baseret på hendes originale noter.

Hun fortsatte også sin kulstofforskning, og i 1970'erne kiggede hun dybere på grafit. Det er et lagdelt materiale, hvis planer er meget svagt bundet, og Dresselhaus ønskede at vide mere om egenskaberne af disse individuelle lag. Hun og hendes elever skiller i det væsentlige lagene fra hinanden ved at placere forskellige molekyler mellem dem og målte så ting som deres elektriske og magnetiske egenskaber. Det arbejde viste sig så frugtbart, at Dresselhauss laboratorium trak studerende fra fem forskellige afdelinger længe før tværfaglig forskning blev populær. Det resulterede i omkring to dusin afhandlinger gennem 1980'erne, og det hjalp med at lægge grunden til forskning, der foregår i dag på grafen - enkeltatom-tykke plader af grafit, der kunne tjene som et stærkt og meget effektivt ledende materiale.

Hendes tidlige arbejde med grafit indeholdt det meste af det, der nu er genopdaget i tilfældet med grafen, siger Phaedon Avouris, en IBM Fellow og leder af videnskab og teknologi i nanometerskala ved Thomas J. Watson Research Center i Yorktown Heights, New York.

Bunden falder ud af skibet
Næsten alt det arbejde, der fik Dresselhaus's laboratorium til at brumme, krævede brugen af ​​MIT's højmagnetiske felt-laboratorium, som blev finansieret af National Science Foundation. Men i 1990 flyttede NSF sin finansiering til Florida State University - og Dresselhaus havde ingen interesse i at tage sydpå.

Selvom hun ikke går ind for at søge modgang, er det afgørende at lære, hvordan man fungerer, når bunden falder ud af det skib, man er på, og man skal flytte til et andet, siger hun. Genundersøgelse af, hvem du er, og hvad du vil gøre, er meget værdifuldt. Hvert 20. år eller deromkring er det nok det bedste, der kan ske. Da det skete for Dresselhaus i 1990, faldt hun tilbage på sine tidligere samtaler med Fermi for at finde ud af, hvad hun så skulle gøre. Man beholder lidt af det, man kender som sin sikkerhedsstilling, siger hun. Men så lægger du 90 procent af din indsats i at starte det nye, som du ikke kender.

Hun vidste meget om kulstof. Men ved at fortsætte med at stille spørgsmål om det, gik hun i ukendte retninger. I 1990 diskuterede hun og Rice-fysikeren Richard Smalley på en workshop i forsvarsministeriet om forskning i kulstofmaterialer, hvordan tilføjelse af en ring med 10 kulstofatomer til en buckyball (det fodboldboldformede C60-molekyle) omdanner den til C70, en langstrakt bold. Det førte til ideen om yderligere at strække sådanne kugler til, hvad der ville blive kendt som enkeltvæggede kulstofnanorør, sammenrullede cylindre af kulstof på et atom tykt. I 1992 skrev Dresselhaus et papir sammen med sin mand og sine kolleger Riichiro Saito og Mitsutaka Fujita, hvori de hævdede, at det ville være muligt at lave enten halvledende eller metalliske carbon nanorør - som ville have meget forskellige egenskaber - blot ved at ændre deres geometri meget lidt. Denne idé var overraskende, men i sidste ende korrekt. I 1994 forskede hun i nanorørs egenskaber i sit laboratorium. Det var et stort skridt fremad, siger hun. Nanorør var lidt af den første virkelig nano-ting.

I 1992 startede Dresselhaus endnu en forskningsindsats, da den amerikanske flåde bad om hjælp til at finde ud af, hvordan man kan generere strøm stille og roligt – uden forbrænding, udstødning eller bobler – for at drive ubåde i stealth mode. Den anmodning fik hende til at tænke på den termoelektriske effekt, et fænomen, der konverterer temperaturforskelle til spænding i visse materialer. Det har altid vist sig vanskeligt at høste den energi, fordi det kræver lav varmeledningsevne (for at opretholde temperaturforskellen) og høj elektrisk ledningsevne (så spændingen, der genereres af temperaturforskellen, kan flyde). Men at øge den elektriske ledningsevne øger typisk den termiske ledningsevne, mens en sænkning af den termiske ledningsevne også sænker den elektriske ledningsevne. Ved at designe det ledende materiale på nanoskala fandt hun en måde at styre termisk og elektrisk ledningsevne meget mere uafhængigt, hvilket gav anledning til det nye felt af nanotermoelektricitet. Termoelektriske enheder kan udnytte en temperaturgradient (måske forårsaget af spildvarme eller sollys) til at generere elektricitet eller bruge elektricitet til at opvarme eller afkøle uden bevægelige dele. Så den potentielle betydning af sådanne enheder er enorm. I dag samarbejder Dresselhaus med Gang Chen, der leder MIT's Solid-State Solar-Thermal Energy Conversion Center, om forskning for at forbedre effektiviteten af ​​termoelektriske materialer.

Selvom det virkede en smule traumatisk for hendes elever, da hun skulle flytte sit forskningsfokus, gav begge nye retninger pote. Det mest frugtbare er at ændre sig, siger hun.

Nogle dage er det ikke så nemt
Dresselhaus håndterede traumet ved at skulle skifte retning i sin forskning med minimalt besvær. Men gennem hele sin karriere skulle hun også håndtere udfordringen ved blot at være kvinde på et felt domineret af mænd. Da hun ankom til Lincoln Laboratory, var Dresselhaus' datter en baby; at have tre børn mere inden for de næste fem år gjorde hende ikke glad for sin chef, som hun siger anså fire børn for meget. Til fødslen af ​​sine tre sønner tog Dresselhaus i alt fem dages barsel. (En blev født på en lang weekend, husker hun; en anden ankom på en snedag.) Bevæbnet med en tyk pude til at køre bil, gik hun straks tilbage på arbejde.

Da hun begyndte at undervise på MIT i 1967, var kun 4 procent af MIT-studerende kvinder (45 procent er nu), og procentdelen af ​​kvindelige fakultetsmedlemmer var endnu lavere. Når man er så i undertal, og man bare ikke ser andre kvindelige professorer, spekulerer man på, om man har en chance, om man hører til der, siger hun. Nogle dage er det ikke så nemt at blive ved. Nogle dage kunne man være ret modløs over det.

Millie Dresselhaus

I dag finder Dresselhaus stadig tid til at spille violin eller bratsch næsten dagligt og har ingen interesse i at gå på pension. Hun siger, at hendes arbejde tager hende til så mange interessante steder, at det er som om, jeg har ferie hver måned.

Men hendes mand opmuntrede hende til at blive ved. Hun havde også en pålidelig babysitter. (Jeg var hendes billet til universitetsuddannelse for hendes børn, siger hun. Vi havde et godt samarbejde.) Hendes vedholdenhed førte ikke kun til bemærkelsesværdig forskning, men hjalp også med at ændre holdninger til kvinder i videnskaben. Faktisk sagde hun, at hendes ph.d.-vejleder til sidst undskyldte for at have ignoreret hende og inviterede hende til at holde en fornem forelæsning på sit universitet. Folk ændrer sig, siger hun. Og så er det vigtigt for os at blive ved, for vi har en god indflydelse. Det var ikke så svært at ændre ham.

På MIT brugte Dresselhaus en del af stipendiet, der fulgte med hendes Abby Rockefeller Mauzé-stol til at finansiere arrangementer for at støtte kvinder. I omkring 45 år mødtes hun næsten dagligt med små grupper af kvinder for at diskutere problematiske situationer, de stod over for på MIT. Da hun tjente i Department of Energy's Office of Science under præsident Clinton, fløj hun hjem hver weekend for at mødes med sine ph.d.-studerende. I dag giver hun stadig regelmæssige workshops for at styrke elevernes præsentationsevner og selvtillid.

Historier om, hvordan hun hjalp studerende er legio. Da Kursus VI hovedfag Marcie Black '95, MNG '05, PhD '03, kæmpede med Dresselhaus's Advanced Solid State Physics-time som ph.d.-studerende, annoncerede Dresselhaus, at hun ville holde en valgfri recitation før timen kl. 8.00 (det er ligesom midten natten til en MIT-studerende, siger Black, der formoder, at Dresselhaus vidste, at hun ville være den eneste, der ville komme på det tidspunkt.) Ligeledes da Sandra Brown, ph.d. '00, tumlede i de tidlige dage af sit ph.d.-arbejde. og tænkte på at forlade MIT, et enkelt møde med Dresselhaus overbeviste hende om at blive. Millie ændrede mit liv, siger hun.

Selvom Dresselhaus i dag sørger for, som hun altid har gjort, at spille kammermusik regelmæssigt med sin familie, er hun ikke det mindste fristet til faktisk at gå på pension – at gå og sidde på en strand og slappe af. Det er jeg ikke rigtig god til, indrømmer hun. Det er sjovt, jeg tror, ​​at dette er sandt for de fleste MIT-professorer: vi nyder vores arbejde så meget, at det ikke er et offer at komme på arbejde, det er noget, vi virkelig kan lide at gøre. Hvis vi ikke havde det, ville vi ikke være så glade.

skjule