При поддержке нобелевского лауреата Энрико Ферми «Королева углерода» заложила основу для бесчисленных достижений в области нанотехнологий и стала наставником для бесчисленных молодых ученых.
Профессор института Милдред «Милли» Дрессельхаус навсегда изменила наше понимание материи — физической субстанции Вселенной, обладающей массой и занимающей пространство. Более 57 лет работы в Массачусетском технологическом институте Дрессельхаус также сыграла значительную роль в том, чтобы вдохновить людей использовать эти новые знания для решения некоторых из самых сложных мировых проблем — от производства чистой энергии до лечения рака. Хотя в 2007 году она стала почётным профессором, Дрессельхаус, преподававшая электротехнику и физику, продолжала активно участвовать в исследованиях и во всех других аспектах жизни Массачусетского технологического института до своей смерти в 2017 году. В ноябре ей исполнилось бы 95 лет.
Известная как «Королева углерода», Дрессельхаус чаще всего превозносилась за её новаторскую работу с одним из самых распространённых и универсальных веществ в природе. Благодаря её ненасытному любопытству к нашему миру и почти шестидесятилетней карьере учёного-исследователя, мы можем поблагодарить её за значительные прорывы в нашем понимании различных форм углерода и его окружения. В начале своей карьеры Дрессельхаус использовала тогда ещё новое изобретение — лазерный луч — для исследования внутренних процессов в углероде. Она работала над тем, чтобы определить, чем, например, плоские листы атомов углерода ведут себя иначе, чем трёхмерные кристаллы углерода, особенно в присутствии тепла, электронов или магнитного поля. А позже она предсказала существование того, что мы сейчас называем углеродными нанотрубками — листов атомов углерода, свёрнутых в мельчайшие цилиндры, которые могут быть удивительно искусными в проведении электричества.
Опираясь на далеко идущие фундаментальные исследования Дрессельхауса, учёные и инженеры добились огромных успехов в наномасштабе, создав структуры размером порядка одной стотысячной толщины человеческого волоса. Сферические углеродные «бакиболы», цилиндрические углеродные нанотрубки и двумерные углеродные листы, известные как графен, уже используются для хранения энергии, медицинских исследований, в строительных материалах и тонкой электронике, среди многих других приложений. Сегодня эти углеродные структуры продолжают разрабатываться для множества новых применений, которые часто кажутся взятыми из области научной фантастики, включая сверхбыстрые квантовые компьютеры, эффективные опреснители и квантовые точки, применяемые в биодатчиках и доставке лекарств. За свою работу она получила, помимо прочих наград, премию Кавли в области нанонауки, Национальную научную медаль и Президентскую медаль Свободы, высшую гражданскую награду, присуждаемую правительством Соединённых Штатов.
Но её путь в Массачусетский технологический институт и к мировому лидерству в области физики твёрдого тела был невероятным. Дрессельхаус родилась в Бруклине, штат Нью-Йорк, в семье иммигрантов в 1930 году. Она росла в то время, когда женщин редко приветствовали в качестве учёных и не поощряли заниматься техническими специальностями. Тем не менее, ей помогли несколько ключевых наставников, которые разглядели в ней потенциал и предприняли целенаправленные шаги для поддержки блестящего молодого ума.
Одним из таких наставников был Энрико Ферми, выдающийся учёный-атомщик итальянского происхождения, сыгравший ведущую роль в Манхэттенском проекте и завершивший свою карьеру профессором физики в Чикагском университете. Ферми приехал в Америку после получения единоличной Нобелевской премии в 1938 году (за работу по наведённой радиоактивности), а затем бежал от нацистского режима вместе со своей женой-еврейкой Лорой. История о том, как Ферми повлиял на подающую надежды Милли Дрессельхаус и, через неё, на множество её учеников, показывает, как передача опыта следующему поколению учёных и инженеров может принести долгосрочные дивиденды.
В 1953 году, в разгар ядерного века и разгорания холодной войны, 22-летняя Дрессельхаус оказалась одной из новых аспиранток на кафедре физики мирового класса Чикагского университета. Хотя ряд исследователей, работавших над Манхэттенским проектом, к тому времени ушли в поисках других возможностей, многие выдающиеся личности остались. Помимо прославленного Энрико Ферми, среди известных преподавателей были лауреаты Нобелевской премии Гарольд Юри и Мария Гёпперт Майер (у которой Дрессельхаус прожила около года в качестве пансионерки), а также физик Леона Вудс, единственная женщина, присутствовавшая на знаменитой демонстрации деления ядра в 1942 году на одном из университетских кортов для игры в сквош.
В то время университетская программа по физике была довольно скромной: Дрессельхаус получила место среди всего лишь дюжины новых аспирантов того года. Кроме того, она, как выяснилось, была единственной женщиной-студенткой на кафедре. Несмотря на степень магистра физики в Рэдклифф-колледже и стипендию Фулбрайта в Кембриджском университете, она чувствовала себя недостаточно подготовленной к началу обучения в докторантуре. Поэтому, начав обучение в докторантуре, она обнаружила кучу старых экзаменационных работ и разбирала задачи из них, пока не почувствовала себя достаточно подготовленной.
Несмотря на эту дополнительную практику, учебная программа для аспирантов первого года обучения была настолько суровой, что около трёх четвертей всех поступивших студентов-физиков в конечном итоге бросили программу. Но отношения Дрессельхауса с Ферми стали для них неожиданным подспорьем.
Она впервые столкнулась с этим невозмутимым учёным, добившимся решающих успехов не только в разработке атомной бомбы, но и в физике элементарных частиц после войны, будучи студенткой на его занятиях по квантовой механике. Именно на этих занятиях Дрессельхаус познакомилась с его стилем преподавания, который она вспоминала как терпеливый, вдохновляющий и открывающий новые горизонты. Медленным, размеренным голосом с акцентом, который Дрессельхаус описывал как «сбивчивый», Ферми мастерски излагал сложные темы так, чтобы их мог понять любой присутствующий. Блестяще владея как теорией, так и экспериментом, он с удовольствием доводил концепции до их сути и, в отличие от более нетерпеливых профессоров, погружённых в свою работу, Ферми ценил возможность повторить всё, что ему было известно о той или иной физической концепции, объяснив её кому-то другому. К этому у него явно был талант; благодаря тому, как он представлял тонкие детали квантовой механики, объяснял Дрессельхаус, «любой юноша, услышав лекцию, мог подумать, что понял каждое слово».
Одним из ключей к ясности мысли выдающегося учёного был запрет на конспектирование. Ферми требовал полной концентрации, поэтому он готовил и раздавал рукописные заметки перед лекциями, чтобы у студентов не возник соблазн взять ручки или логарифмические линейки. «Что было самым впечатляющим и удивительным, так это то, что лекции были невероятно увлекательными, независимо от темы», — сказал Дрессельхаус в интервью 2001 года.
А потом было домашнее задание, которое всегда было сложным, но восхитительно познавательным, как только вы с ним разобрались. В конце каждого занятия Ферми предлагал, казалось бы, простую задачу, которую нужно было решить в качестве упражнения перед следующей лекцией. Среди них были такие вопросы, как: Почему небо голубое? Почему солнце и звезды излучают спектры света? И, как известно, сколько настройщиков пианино в Чикаго? «Вы думали, что это просто, пока не вернулись домой», — сказал Дрессельхаус в 2012 году, получив премию Энрико Ферми, награду за достижения всей жизни, присуждаемую Министерством энергетики США. Подобные типы вопросов стали известны под общим названием «задачи Ферми» и сегодня изучаются в школах по всему миру, от детского сада до курсов магистратуры, в качестве примеров того, как оценивать и триангулировать в поисках ответа, даже если вы не знаете всех соответствующих — и, казалось бы, необходимых — параметров. Когда Дрессельхаус только изучала подобные задачи, она знала лишь, что их нужно сдать к следующему занятию, не позже, чем через день-два, и что это требовало значительных усилий. «Думаю, мы многому у него научились в формулировании задач по физике, в том, как мыслить о физике, как решать задачи и как придумывать свои собственные», — сказала она.
Действительно, на протяжении всей своей карьеры Дрессельхаус считала, что Ферми научил её «думать как физик». Ключевой концепцией системы Ферми, как она часто заявляла, была идея исследования с одним автором: от аспирантов ожидалось, что они будут задумывать, выполнять и публиковать свои диссертации практически самостоятельно, без руководства со стороны более опытного преподавателя. Это требовало от них совместной работы над развитием широкого понимания физики, которое они затем могли бы применить к теме исследования, которую сами сформулируют.
Связь Ферми со студентами не ограничивалась аудиторией. Он был хорошо известен своим частым общением с молодёжью и тем, что был редким случаем из числа старших преподавателей, кто регулярно включал студентов в свою личную жизнь. «Для него не было ниже чести свободно общаться со студентами и относиться к ним как к равным», — написал Джей Орир, физик и аспирант Ферми, в книге воспоминаний о его научном руководителе. «На самом деле, я думаю, он ценил молодых студентов-физиков больше, чем некоторые из его старших коллег».
Для Дрессельхаус эта интеграция началась буквально по дороге в школу. Они с Ферми жили по соседству, оба были ранними пташками и каждый день вставали по Эллис-авеню в лабораторию. «С утра он был у меня на занятиях. И по дороге в школу я часто его встречала. Он переходил дорогу и шёл рядом со мной», — вспоминала Дрессельхаус в интервью 2007 года, посвящённом устной истории. «Это просто очень дружелюбно, и это произвело на меня неизгладимое впечатление».
При каждой их встрече Ферми всегда выбирал тему для обсуждения и неизменно вдохновлял её и вдохновлял. «Я была очень застенчивой девочкой и даже не подумала предложить эту тему Энрико Ферми», — рассказала она в интервью MIT Alumni News в 2013 году. «Он всегда задавал вопросы вроде: „Что, если бы это, это и это были правдой? Что, если бы мы могли сделать это — было бы это интересно, и чему мы могли бы научиться?“»
Ферми и его жена Лора были известны тем, что ежемесячно устраивали у себя дома ужины с танцами после них, куда всегда приглашались и его студенты. «Ферми особенно любил молодёжь», — отмечал Гарольд Агню, физик с большим стажем и один из его аспирантов, в воспоминаниях, опубликованных после смерти Ферми. «На верхнем этаже его дома в Чикаго была большая комната, куда он приглашал студентов танцевать кадриль».
«Я помню эти ужины», — сказала Дрессельхаус в 2012 году. «Лора Ферми была очень, очень хорошим итальянским поваром». Но больше, чем сама еда, сказала она, «мы действительно любили физику благодаря атмосфере и дружелюбию в этом доме — это было нечто большее». Это «нечто большее» вдохновит Дрессельхаус позже в её карьере создать для своих студентов в Массачусетском технологическом институте семейную атмосферу в лаборатории, на общих обедах и на мероприятиях у себя дома, где границы между студентом и преподавателем немного стирались, и родственные души наслаждались обществом друг друга.
Знакомство Дрессельхаус с Ферми продлилось всего год. У него развился неизлечимый рак желудка, возможно, из-за облучения, полученного в ходе его ранних работ, и он умер 28 ноября 1954 года. Но он оставил после себя фантастическое впечатление, которое повлияло на неё до конца её дней, привив ей преданность общественному служению и дав ей руководство в обучении своих учеников.
«Самое главное, что нужно молодым людям, — это уверенность в том, что они смогут добиться успеха. Именно над этим я и работаю».
«Ферми оказал глубочайшее влияние на преподавание физики в Соединённых Штатах, и наши программы аспирантуры… во многом основаны на его методе преподавания», — сказала Дрессельхаус в 2001 году. Позже она добавила: «От него я узнала, что нам не обязательно быть лидерами во всех областях, но мы можем использовать свои знания, чтобы видеть связи, которые другие могут упустить».
Обширные знания в области физики и естественных наук, накопленные Дрессельхаус благодаря системе обучения аспирантов Ферми, во многом помогли ей на протяжении всей её карьеры. Они оказались полезными в нескольких случаях, когда ей приходилось вносить существенные коррективы в курс, имея крайне ограниченный опыт в областях, в которых она работала. Она опиралась на них, возглавляя национальные программы с разнообразной целевой аудиторией.
Но, пожалуй, самым важным уроком, который Дрессельхаус получила от своего наставника, стало понимание того, что нужно, чтобы стать великим учителем и защитником интересов. «Самое главное, что нужно молодым людям, — это уверенность в том, что они могут добиться успеха», — объяснила она в 2012 году. «Именно над этим я и работаю. Когда у меня есть ученики, я слежу за тем, чтобы они могли формулировать и решать свои собственные проблемы. Я помогу им, если они придут и поговорят со мной. И я слежу за тем, чтобы они прошли обучение для своей следующей работы».
По всем данным, она преуспела в этом начинании более чем преуспела. В Массачусетском технологическом институте она стала любимым профессором, которая не только подталкивала своих студентов к самоотверженной работе, но и оказывала им поддержку в самых разных областях, чтобы обеспечить высокие достижения: помогала студентам находить новые карьерные возможности, принимала всех студентов, которым негде было побывать на праздничном ужине в День благодарения, вела целый курс декламации для студента-инженера, который подавал большие надежды, но нуждался в помощи в освоении физики твёрдого тела. Она сказала: «Я всегда чувствовала, что Ферми и Розалин [Ялоу, её наставница в Хантер-колледже] заинтересованы в моей карьере, и я стараюсь проявлять такую же заботу о своих студентах».
За восемь лет, прошедших со смерти Дрессельхаус, новые достижения её коллег несли на себе отпечаток её исследований и начали развиваться во всё более увлекательных направлениях. Например, графен остаётся одной из самых горячих тем в науке. В начале и середине 2010-х годов Дрессельхаус работала над тем, что она и другие называли «разориентированным графеном». Она и другие предсказали, что, скручивая листы графена так, чтобы их сотовые узоры слегка смещались при наложении, исследователи могут ввести «интересные узоры», которые могут привести к полезным свойствам. В 2018 году коллега Дрессельхаус из Массачусетского технологического института Пабло Харильо-Эрреро реализовал эту идею: он и другие обнаружили, что если объединить два листа графена в сверхрешётку, выровненную под «магическим углом» в 1,1 градуса, система может стать либо сверхпроводящей, либо изолирующей. Это открытие было воспринято как крупное и ознаменовало отправную точку для подобласти, теперь известной как «твистроника». Журнал Physics World назвал его «Прорывом года».
Также в 2018 году Массачусетский технологический институт открыл в самом сердце кампуса новый, сверкающий исследовательский центр нанонауки и нанотехнологий. Проект MIT.nano стоимостью 400 миллионов долларов ждал своего часа; хотя Дрессельхаус и не попала на торжественное открытие, она с нетерпением ждала его завершения и начала нового поколения нанопроектов в институте, которые будут направлены на расширение знаний человечества в области физики, химии, материаловедения, энергетики, биологии и других областях. В последние годы своей жизни Дрессельхаус рассматривала MIT.nano как продолжение своего наследия.
В конце 2019 года двор между Бесконечным коридором института и южным фасадом здания MIT.nano был освящен в её память. Пространство, получившее название «Прогулка невероятности», отсылает к неожиданному взлету Дрессельхаус к международной известности после её скромного начала в Нью-Йорке времён Великой депрессии. Это пространство также побуждает тех, кто может стать её наставником, уделять время знакомству с молодыми коллегами и студентами, как это сделал Энрико Ферми с Дрессельхаус, а Дрессельхаус – со многими другими сотрудниками MIT. Как бы невероятно это ни звучало, ободряющее слово наставника может неизмеримо улучшить жизненный путь молодого учёного.
Как и Ферми до неё, Дрессельхаус была глубоко предана идее отдавать – студентам, своему исследовательскому сообществу и обществу в целом. На протяжении более чем 86 лет своей жизни она отдавала своё время, свой интеллект, свою энергию, свою любовь и свой энтузиазм. В одном из своих последних интервью Королева углерода обратилась к нам с пламенным призывом: «Нам нужна новая наука, нам нужны новые идеи, и у молодых людей есть много возможностей прийти и построить карьеру, открывая эти новые идеи», – заявила она. «Жизнь на этом пути очень интересна. Присоединяйтесь ко мне!»
Адаптировано из книги Майи Вайншток «Королева углерода: удивительная жизнь пионера нанонауки Милдред Дрессельхаус» (MIT Press). Авторское право 2022 г. Перепечатано с разрешения.
Источник: www.technologyreview.com
