Att tänka om fysik: Silvia Vignolini om att lyckas vid gränsen mellan discipliner – Physics World

"Jag har alltid föredragit naturvetenskap eller matematik framför andra ämnen i skolan", säger Silvia Vignolini, "men jag hade ingen aning om vad en fysiker faktiskt gjorde." När hon växte upp i en liten stad utanför Florens, Italien, ville Vignolinis far i själva verket att hon skulle studera ett ämne som skulle leda till "ett riktigt jobb" och hennes väg in i fysiken skedde ganska av en slump. "Jag hade en fantastisk kemilärare som fick oss att läsa naturvetenskapliga böcker och presentera dem för klassen."

Som ett resultat väcktes hennes intresse för ämnet – och i synnerhet astrofysik – efter att Vignolini höll ett föredrag om Stephen Hawkings En kort tidshistoria. Trots att hon inte förstod mycket av vetenskapen som diskuteras i boken vägrade hon ge upp och vände sig till en vän som studerade fysik för att hjälpa henne förstå de okända begreppen. Hon började sedan sluka andra vetenskapsböcker, inklusive Bertolt Brechts biografi om Galileo.

Men som det visar sig, vilade Vignolinis intåg i fysiken också på en annan slumpmässig kommentar. "Jag bar en stor tröja från min mamma och svarta byxor - jag hade den här grunge-stilen - och någon sa att jag skulle bli en riktigt bra fysiker", minns hon med ett skratt. "Jag tror inte att jag är något speciellt geni, men jag ifrågasatte aldrig mitt beslut eller frågade mig själv om jag skulle vara tillräckligt bra. Jag tyckte att det var coolt att studera fysik, så det var vad jag gjorde.”

Jag ville göra astrofysik men det var inte så praktiskt som jag trodde, så det slutade med att jag satsade på ljus och optik.

Hon fortsatte med att studera fysik vid University of Florence, få en kandidat- och magisterexamen i ämnet. "Jag ville göra astrofysik men det var inte så praktiskt som jag trodde, så det slutade med att jag valde ljus och optik", förklarar Vignolini. Men som den första i hennes familj som gick på universitetet var hennes föräldrar inte överens om hennes val. Faktum är att hennes pappa hade hoppats att hon skulle ägna sig åt ekonomi och ta över ekonomin i familjebutiken. "Han trodde att fysik skulle vara ett slöseri med tid eftersom jag aldrig skulle hitta ett jobb och då kunde jag inte riktigt förklara vad fysiker gjorde."

2009 erbjöds Vignolini en doktorsexamen i optisk fysik vid Europeiska laboratoriet för icke-linjär spektroskopi (LENS) vid universitetet i Florens. "De sa till mig att det skulle vara som min masteruppsats men skulle vara tre år och betald", minns hon. "Så jag sa, 'varför inte?'" Lockad av möjligheten att forska mer och gå på konferenser, medger Vignolini att hon var ganska naiv om vad en doktorsexamen skulle innebära. "Jag var inte som de doktorander som jag möter nu där de ser det här som en karriär."

Nya möten

Efter sin doktorsexamen uppmuntrades Vignolini att åka utomlands och slutade med att göra en post-doc i Cavendish Laboratory vid University of Cambridge i UK. Arbetar med mjukmateriafysikern Ullrich Steiner, började hon studera de optiska egenskaperna hos växter och djur vars livliga färger inte kommer från pigment eller färgämnen utan från strukturer i nanoskala som sprider ljus. Men att byta fält var inte lätt. "Jag trodde att jag skulle gå eftersom labbet ser riktigt coolt ut men var inte säker på om projektet skulle fungera, så jag insisterade med min handledare på att ha ett andra, mer fysikbaserat projekt som involverade utveckling av nya optiska material."

Det visade sig att flytten till Storbritannien visade sig vara en stor framgång, med hjälp av det annorlunda förhållningssättet till vetenskap jämfört med hemma. "Jag kände mig värderad och enormt motiverad eftersom folk var tacksamma för det [jag gjorde]", säger hon. "I Italien måste man vanligtvis vara tacksam mot människor för att kunna arbeta." Hon ger också Cambridge beröm för att ha öppnat upp sitt sinne och förändrat hur hon gör vetenskap. "Nu tittar jag bara på frågan och de verktyg och människor jag behöver för att lösa problemet."

2014, efter att ha fått ett Philip och Patricia Brown Next Generation Fellowship från University of Cambridge, bildade Vignolini sin egen forskargrupp inom Cambridges kemiavdelning. Hennes team satte sig för att bygga konstgjorda fotoniska strukturer med hjälp av naturliga material, med hopp om att skapa nya biologiskt nedbrytbara material som kan ersätta traditionella, potentiellt farliga färgämnen som används i till exempel kosmetika, textilier och säkerhetsetiketter. "Hittills har vi arbetat intensivt för att göra mer hållbara pigment."

Som ny gruppledare fick hon hjälp av att vinna ett David Philip-stipendium från Forskningsrådet för bioteknik och biologiska vetenskaper (BBSRC) 2013 för att studera hur växter producerar strukturella färger. Hon vann också en "startbidrag" från Europeiska forskningsrådet 2015. Vignolini erkänner dock att det var en utmaning att hitta gruppmedlemmar eftersom forskningen går långsamt och kräver forskare som kombinerar kunskaper om fysik, kemi och biologi.

Att hitta sätt att replikera naturliga strukturella färger har enorm kommersiell potential och miljöfördelar. "Vi tänker ofta inte riktigt på hur färger produceras, men de kommer från syntetiska pigment och färgämnen och har en enorm miljökostnad", säger Vignolini. "De har hög användning av vatten och energi, kan utnyttja kritiska metaller eller inkludera cancerframkallande kemikalier, och massor av avfallsmaterial hamnar i avloppsvattnet och vårt hav."

Vignolini var angelägen om att kommersialisera forskning som utfördes i hennes labb och var 2022 med och grundade två spin-out-företag. Sparxell leds av Benjamin Droguet – en av Vignolinis tidigare doktorander – och försöker replikera cellulosaens strukturella färger i stor skala för att göra växtbaserade färgade pigment och glitter (Naturmaterial 21 352). Det andra företaget – Omöjliga material – leds av en före detta postdoktor i hennes grupp, Lukas Schertel, och kommersialiserar de vita pigmenten inspirerade av de sydostasiatiska Cyphochilus skalbagge (ACS Nano 16 (5) 7373).

Vignolini är glad över att hennes forskning är på väg in i den verkliga världen, men hon är också stolt över att hennes grupps studenter och postdoktorer får genomslag. "Jag hoppas att vår teknik kan vara positiv för planeten och problemet med global uppvärmning, och att fortsätta få ut det bästa ur människor", säger hon. "Mentorskap är den viktigaste delen av mitt jobb."

Leder en avdelning

I januari 2023 var Vignolini utsedd till direktör av en ny avdelning vid Max Planck Institute of Colloids and Interfaces (MPICI) i Potsdam, Tyskland, tillägnad hållbara och bioinspirerade material. Den första kvinnliga direktören på MPICI, hon reser för närvarande fram och tillbaka mellan Storbritannien och Tyskland samtidigt som hon uppfostrar två småbarn. ”Jag förväntade mig inte att jobbet skulle bli annorlunda, men det är det faktiskt. I min forskargrupp har jag möjliggjort andra människor och här bygger det något för andra, säger hon.

Vetenskapsdiscipliner behöver inte ha distinkta gränser, de är alla sammanflätade och du måste ha ett öppet sinne

Medan hon fortfarande var i början av sin karriär i Tyskland, bygger Vignolini ett elektronmikroskoprum från grunden och letar efter ett nytt team. – Det tar tid att hitta rätt personer. Vissa medlemmar i Cambridge-gruppen kommer att flytta hit från september och andra söker andra tjänster”, förklarar Vignolini. "Planen är att flytta hit till 100 %, men jag avslutar några projekt i Cambridge och mentor fortfarande studenter."

Hur Treesearch studerar skogsmaterialens hemligheter med synkrotronvetenskap

I Tyskland kommer Vignolini också att utveckla ett annat forskningsfält som kallas "sym-bionisk materia", vilket innebär att titta på hur organismer samarbetar för att skörda och manipulera ljus. Det finns en art av grön havssnigel, till exempel, som binder levande kloroplaster från algen den äter så att fotosyntesen kan fortsätta inuti snigelns celler. "Vetenskapsdiscipliner behöver inte ha distinkta gränser, i själva verket är de alla sammanflätade och du måste ha ett öppet sinne", säger hon. ”Jag ser inte riktigt vad kemi eller fysik eller biologi är längre; Jag tar ett bredare tillvägagångssätt och tror att det är så naturvetenskaplig kunskap fortskrider."

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/rethinking-physics-silvia-vignolini-on-succeeding-at-the-boundary-between-disciplines/