Unikalne możliwości

Vanessa Wood należy do tych naukowców, których chętnie nazywa się „Überflieger”: absolwentka Yale w wieku 22 lat, doktor w wieku 26 lat, profesor w wieku 27 lat. W wywiadzie sympatyczna badaczka nanooptyki opowiada, co skłoniło ją z MIT (Massachusetts Institute of Technology) do przeprowadzki na ETH — gdzie obecnie pracuje między innymi w nowym „Binnig and Rohrer Nanotechnology Center”.

Autor: Christine Heidemann

Pani Wood, jak dowiedziała się Pani, że ETH poszukuje profesorów nanofotoniki i nanoelektroniki?
W lutym 2010 roku otrzymałam telefon od ETH. Szukali przedstawiciela z mojego obszaru specjalizacji i usłyszeli, że ubiegam się o stanowisko profesor. Poprosili mnie więc o złożenie dokumentów aplikacyjnych, co uczyniłam.

Co zadecydowało o Pańskiej decyzji na korzyść Zurychu?
Byłam niezwykle pod wrażeniem dostępnych tutaj zasobów oraz innych naukowców, których poznałam podczas mojej wizyty. Wyraźnie odczuwało się silny duch współpracy i dużą pasję do badań.

Przez zasoby rozumie Pani przede wszystkim nowoczesne Centrum Nanofizyki w Rüschlikon, które ETH Zürich współpracuje z IBM.
Mój zespół i ja mamy szczęście posiadać dwa ośrodki badawcze: laboratorium optoelektroniczne w ETH-Zentrum oraz laboratorium magazynowania energii w „Binnig and Rohrer Nanotechnology Center”. W tym centrum znajduje się czysta komora, z której korzystają wspólnie ETH i IBM. Jest ona specjalnie zaprojektowana do wprowadzania nowych materiałów i metod do standardowej produkcji. Tego typu obiekt jest kluczowy dla wykorzystania naukowego i przemysłowego potencjału nanotechnologii. W większości czystych pokoi nie można pracować z nanomateriałami do celów badawczych. Dlatego właśnie „Binnig and Rohrer Nanotechnology Center” wypełnia istotną lukę i wyznacza nowe standardy.

Na czym dokładnie polegają Państwa prace w obu laboratoriach?
Badamy transport ładunku w nanoskalowych systemach i wykorzystujemy zdobytą wiedzę na przykład do konstrukcji ogniw słonecznych, akumulatorów i diod LED. Na przykład skupiamy się na nowych metodach charakteryzacji materiałów akumulatorowych i koncepcjach nowatorskich architektur akumulatorów. Gdy zmniejsza się aktywna masa akumulatorów, wzrasta stosunek powierzchni do objętości. To pozwala na uzyskanie wyższych prądów ładowania i rozładowania, co może być interesujące w zastosowaniach w pojazdach elektrycznych.

O jakich rozmiarach mówimy w przypadku nanomateriałów, które Państwo wykorzystują?
Mówimy o rozmiarze, który jest 80 000 razy mniejszy od średnicy ludzkiego włosa. W naszych laboratoriach interesują nas materiały o wymiarach poniżej 50 nanometrów. Poniżej tego progu materiały zachowują się zupełnie inaczej niż większe cząstki tego samego materiału.

Może Pani podać przykład?
Na przykład, jeśli weźmie Pani kilka dużych kawałków optycznie aktywnego półprzewodnikowego materiału, to każdy z nich będzie absorbował to samo światło o określonym kolorze. Natomiast jeśli z tego samego półprzewodnika wyprodukuje się cząstki o rozmiarze od dwóch do dziesięciu nanometrów, każda z nich będzie absorbować inny kolor światła, ponieważ zmieniona zostanie struktura elektronowa materiału. Te nanoproszki, które nazywamy punktami kwantowymi, są niezwykle interesujące do zastosowań w ogniwach słonecznych i technologiach oświetleniowych. Mimo że mają one wyjątkowe właściwości optyczne, ich mały rozmiar utrudnia transport ładunku. Jeden z naszych projektów badawczych w laboratorium nanoelektroniki ma na celu znalezienie sposobów na wykorzystanie korzystnych właściwości optycznych tych materiałów, bez ograniczeń wynikających z słabego transportu ładunku.

Jak ważna jest współpraca z naukowcami z IBM?
Studenci ETH pracujący w czystej komorze „Binnig and Rohrer Nanotechnology Center” mają wyjątkową okazję dzielić się tamtejszymi przestrzeniami, urządzeniami i zasobami wiedzy z naukowcami IBM, którzy są liderami w dziedzinie badań i rozwoju nanotechnologii. Bliskość fizyczna i intelektualna w centrum znacząco sprzyja naszej współpracy z naukowcami z IBM, i cieszymy się na możliwość rozbudowania tej współpracy na jeszcze szerszą skalę.

Wiele osób obawia się, że nanocząstki mogą niekontrolowanie dostać się do środowiska. Co Pani na to?
Przede wszystkim trzeba jasno zaznaczyć, że nanotechnologia obejmuje bardzo różne dziedziny: niektóre grupy badawcze chcą wykorzystywać nanocząstki w medycynie. Nasze laboratorium nie pracuje nad zastosowaniami biologicznymi. Nasze nanocząstki są zamknięte w urządzeniach, tak że nie mają kontaktu z ludzkim ciałem ani środowiskiem. Mimo to, wszystkie nasze laboratoria są wyposażone w specjalne systemy wentylacji i odprowadzania, a także korzystają ze specjalnych metod chemicznej utylizacji, aby izolować nanocząstki. Uważamy, że należy podjąć wszelkie środki ostrożności, aby zapewnić bezpieczeństwo naukowców i zapobiec jakimkolwiek negatywnym wpływom na środowisko.

A co z odpowiedzialnością samych naukowców?
Uważam, że jako naukowcy i inżynierowie mamy etyczny obowiązek brać pod uwagę także skutki produkcji i utylizacji materiałów i produktów, które opracowujemy. Dotyczy to jednak każdej technologii, nie tylko nanomateriałów. Pierwszym krokiem jest badanie ryzyka. W Szwajcarii mamy szczęście, że dzięki narodowemu programowi badawczemu „Szanse i ryzyko nanomateriałów” możemy jednocześnie prowadzić pozytywny dialog na temat bezpieczeństwa i inwestować w nie.

Kiedy można się spodziewać pierwszych nanowarstw słonecznych na rynku?
Obecnie zainteresowanie ze strony przemysłu jest bardzo duże, dlatego spodziewam się pierwszych produktów za kilka lat. Jednak moim zdaniem jeszcze minie wiele lat, zanim zastosowanie nanomateriałów w ogniwach słonecznych będzie w pełni dojrzałe. Nanomateriały nie poprawiają technologii od razu. Musimy racjonalnie zrozumieć, jak i kiedy można je najskuteczniej wykorzystywać. To właśnie pytania otwarte, na przykład jak najlepiej korzystać z ich unikalnych właściwości, sprawiają, że praca w tym obszarze jest tak fascynująca.

Vanessa Wood
od stycznia 2011 roku pracuje na Wydziale Informatyki i Elektrotechniki ETH Zürich. Kieruje tam laboratorium nanoelektroniki. Wcześniej jako badaczka pełniła funkcję postdoka pod kierunkiem profesora Yet-Minga Chiana i profesora Craiga Cartera w Wydziale Materiałoznawstwa i Inżynierii na MIT, gdzie badała nanostrukturalne kolloidowe zawiesiny do zastosowań w magazynowaniu energii. Vanessa Wood uzyskała tytuł magistra nauk i doktora w Wydziale Elektrotechniki i Informatyki MIT. Tam prowadziła badania nad kolloidowymi nanokryształami i ich zastosowaniem w optoelektronicznych urządzeniach, takich jak diody LED i ogniwa słoneczne.