Egyedülálló lehetőségek

Vanessa Wood azok közé a tudósok közé tartozik, akiket szívesen neveznek «Überflieger»-nek: Yale-i diplomás 22 évesen, doktori fokozat 26 évesen, professzor 27 évesen. Az interjúban a kedves nanotechnológiai kutató elmeséli, miért csábította az MIT (Massachusetts Institute of Technology) az ETH-re – ahol ma többek között az új «Binnig and Rohrer Nanotechnology Center»-ben dolgozik.

Szerző: Christine Heidemann

Hölgyem, hogyan értesült arról, hogy az ETH nanofotonika és nanoelektronika professzort keres?
2010 februárjában felhívott az ETH. Az ETH egy képviselőt keresett a szakterületéről, és hallották, hogy pályázom professzori pozícióra. Ezért megkértek, küldjem el a pályázati anyagaimat, amit meg is tettem.

Mi döntött az ön döntése mellett Zürich felé?
Nagyon lenyűgözött a rendelkezésre álló erőforrások és azok a többi tudós, akiket itt ismertem a látogatásom során. Egyértelműen erős volt a kooperációs szellem és a kutatás iránti lelkesedés.

Az erőforrások alatt elsősorban az új nanotechnológiai központot értette, Zürichben, amelyet az ETH Zürich és az IBM közösen működtet.
Csapatommal szerencsés helyzetben vagyunk, két kutatási helyszínünk van: az optoelektronikai labor az ETH központjában, és az energiatároló labor a «Binnig and Rohrer Nanotechnology Center»-ben. Ebben a központban van egy tisztatér, amit az ETH és az IBM közösen használnak. Ez kifejezetten arra van tervezve, hogy új anyagokat és eljárásokat vezessenek be a gyártásba. Egy ilyen létesítmény alapvető fontosságú a nanotechnológia tudományos és ipari potenciáljának kiaknázásához. A legtöbb tisztatérben nem lehet nanomaterialokkal kutatási célokra dolgozni. Ezért a «Binnig and Rohrer Nanotechnology Center» egy fontos hiányt pótol, és új mércét állít fel.

Mit dolgoznak pontosan a két laborban?
A nanoszintű rendszerek töltéshordozásának vizsgálatával foglalkozunk, és az így szerzett ismereteket például napelemek, akkumulátorok és fénydiódák tervezésére használjuk. Például új módszereket fejlesztünk az akkumulátorok anyagainak jellemzésére és új akkumulátor architektúrák kidolgozására. Amikor az aktív tömeget csökkentjük az akkumulátorokban, nő a felület és a térfogat aránya. Ez magasabb töltés- és kisülési áramokat eredményez, amelyek elektromos járművek alkalmazásában lehetnek érdekesek.

Milyen nagyságrendű nanomaterialokat használunk?
Egy olyan nagyságrendről beszélünk, ami 80 000-szer kisebb, mint az emberi haj átmérője. Laborjainkban olyan anyagokat vizsgálunk, amelyek mérete 50 nanométer alatt van. Ezen küszöb alatt az anyagok teljesen másképp viselkednek, mint nagyobb részecskék ugyanabból az anyagból.

Mutass egy példát!
Például, ha nagyobb darabokat veszünk egy optikailag aktív félvezető anyagból, akkor minden darab ugyanazt a fény színét fogja elnyelni. Ellenben, ha ugyanabból a félvezető anyagból részecskéket készítünk két-tíz nanométer átmérővel, akkor minden ilyen részecske más színű fényt fog elnyelni, mivel az anyag elektronikus szerkezete megváltozott. Ezeket a kvantumpontokat, amelyeket kvantumpontoknak nevezünk, különösen érdekesek napelemekben és világítástechnikában való alkalmazásra. Ezek a kvantumpontok kivételes optikai tulajdonságokkal rendelkeznek, de kis méretük miatt a töltéshordozás nehezített. Egyik kutatási projektünk a laborban a nanoelektronika területén azon dolgozik, hogy megtalálja a módját annak, hogyan lehet kihasználni ezeknek az anyagoknak kedvező optikai tulajdonságait anélkül, hogy a rossz töltéshordozási képesség hátrányát szenvednénk el.

Mennyire fontos az együttműködés az IBM kutatóival?
Az ETH hallgatói, akik a «Binnig and Rohrer Nanotechnology Center» tisztatérjében dolgoznak, egyedülálló lehetőséget kapnak arra, hogy megosszák az ottani helyiségeket, berendezéseket és tudásforrásokat az IBM kutatóival, akik vezetők a nanotechnológiai kutatásban és fejlesztésben. A térbeli és szellemi közelség a központban jelentősen elősegíti az együttműködést az IBM kutatóival, és örömmel várjuk, hogy még szélesebb körű közös munkát építsünk ki az IBM kollégákkal.

Sokan félnek attól, hogy a nanorészecskék kontrollálatlanul kerülhetnek a környezetbe. Mit mond ezeknek?
Először is tisztázni kell, hogy a nanotechnológia nagyon sokféle dolgot takar. Vannak kutatócsoportok, amelyek nanorészecskéket az egészségügyben kívánnak alkalmazni. Laboratóriumunk azonban nem foglalkozik biológiai alkalmazásokkal. Nanorészecskéink kapszulázott eszközökben vannak, így nem kerülnek kapcsolatba az emberi testtel vagy a környezettel. Mindemellett minden laborunk speciális szellőző- és elszívórendszerekkel van felszerelve, és speciális kémiai hulladékkezelési eljárásokat alkalmazunk a nanorészecskék izolálására. Úgy gondoljuk, minden óvintézkedést meg kell tenni a kutatók biztonsága érdekében, és el kell kerülni minden környezeti hatást.

És a tudósok felelőssége miben áll?
Összességében úgy vélem, hogy tudósként és mérnökként etikai kötelességünk figyelembe venni az általunk fejlesztett anyagok és termékek gyártásának és hulladékkezelésének hatásait is. Ez minden technológiára igaz, nemcsak a nanomaterialokra. Első lépésként a kockázatok kutatása szükséges. Svájcban szerencsés helyzetben vagyunk, mert a «Nanomaterialok lehetőségei és kockázatai» című nemzeti kutatási program keretében egyben folytathatunk pozitív párbeszédet a biztonságról és befektethetünk a biztonságba.

Mikor várhatóak az első nanó napelemek a piacon?
Jelenleg nagyon nagy az érdeklődés a gazdaság részéről; ezért néhány éven belül számítok az első termékek megjelenésére. Ugyanakkor szerintem még több évbe telik, mire a nanotechnológiai anyagok alkalmazása a napelemekben valóban kiforrottá válik. A nanomaterialok nem javítják azonnal a technológiát. Sokkal inkább meg kell értenünk, hogyan és mikor tudjuk őket a leghatékonyabban alkalmazni. Pont ezek a nyitott kérdések, például, hogy hogyan tudjuk legjobban kihasználni az új tulajdonságaikat, teszik izgalmassá ezt a kutatási területet.

Vanessa Wood
2011 januárjától dolgozik az ETH Zürich Informatikai és Elektrotechnikai Tanszékén. Itt a nanoelektronikai labor vezetője. Korábban kutatóként posztdoktori pozícióban volt, melyet Professor Yet-Ming Chiang és Professor Craig Carter vezetésével töltött a Massachusetts Institute of Technology (MIT) Anyagtudományi és Műszaki Tanszékén, ahol nanostrukturált kolloid suspenziókat vizsgált energiatárolási alkalmazásokhoz. Vanessa Wood MSc diplomát szerzett és doktori fokozatot kapott az MIT Elektrotechnikai és Számítástechnikai Tanszékén. Ott kolloid nanokristályokon dolgozott, és kutatta azok alkalmazását optoelektronikai eszközökben, például fénydiódákban és napelemekben.