Suy nghĩ lại về vật lý: Silvia Vignolini về thành công ở ranh giới giữa các bộ môn – Physics World

Suy nghĩ lại về vật lý: Silvia Vignolini về thành công ở ranh giới giữa các bộ môn – Physics World

Dấu thời gian: Ngày 26 tháng 2023 năm 6 00:XNUMX AM

Silvia Vignolini, một nhà vật lý nghiên cứu cấu trúc quang tử tự nhiên, nói chuyện với Julianna Photopoulos về việc vượt qua các ranh giới khoa học truyền thống, đồng sáng lập các công ty khởi nghiệp và thành lập một bộ phận mới từ đầu

Silvia Vignolini
Vượt giới hạn Silvia Vignolini nghiên cứu về “ánh sáng có cấu trúc” trong các hệ thống tự nhiên, đòi hỏi chuyên môn không chỉ về vật lý mà còn cả hóa học và sinh học. (Ảnh: Sebastian Rost Fotografie)

“Tôi luôn thích môn khoa học hoặc toán hơn các môn khác ở trường,” nói Silvia Vignolini, "nhưng tôi không biết một nhà vật lý thực sự đã làm gì." Lớn lên ở một thị trấn nhỏ ngoại ô Florence, Ý, cha của Vignolini thực tế muốn cô học một môn học có thể dẫn đến “một công việc phù hợp” và con đường đến với vật lý của cô diễn ra khá tình cờ. “Tôi có một giáo viên hóa học tuyệt vời, người luôn bắt chúng tôi đọc sách khoa học và trình bày trước lớp.”

Kết quả là, sự quan tâm của cô đối với chủ đề này - và đặc biệt là vật lý thiên văn - đã được khơi dậy sau khi Vignolini có bài nói chuyện về quan điểm của Stephen Hawking. Trong một giai đoạn lịch sử tóm tắt. Mặc dù không hiểu nhiều về khoa học được thảo luận trong cuốn sách, cô vẫn không chịu bỏ cuộc và nhờ đến một người bạn đang nghiên cứu vật lý để giúp cô hiểu những khái niệm xa lạ. Sau đó, cô bắt đầu đọc ngấu nghiến những cuốn sách khoa học khác, trong đó có cuốn tiểu sử về Galileo của Bertolt Brecht.

Nhưng hóa ra, bước đột phá của Vignolini vào lĩnh vực vật lý cũng dựa trên một nhận xét tình cờ khác. “Tôi mặc một chiếc áo liền quần rộng của mẹ và quần đen – tôi có vẻ ngoài theo phong cách grunge – và ai đó đã nói rằng tôi sẽ trở thành một nhà vật lý thực sự giỏi,” cô cười nhớ lại. “Tôi không nghĩ mình là một thiên tài đặc biệt, nhưng tôi chưa bao giờ đặt câu hỏi về quyết định của mình hay tự hỏi liệu mình có đủ giỏi hay không. Tôi nghĩ học vật lý thật thú vị nên tôi đã làm như vậy.”

Tôi muốn nghiên cứu vật lý thiên văn nhưng nó không thực tế như tôi nghĩ, vì vậy cuối cùng tôi lại chọn ánh sáng và quang học.

Cô tiếp tục học vật lý tại Đại học Florence, lấy bằng cử nhân và thạc sĩ về chuyên ngành này. Vignolini giải thích: “Tôi muốn nghiên cứu vật lý thiên văn nhưng nó không thực tế như tôi nghĩ, nên cuối cùng tôi lại chọn ánh sáng và quang học”. Nhưng là người đầu tiên trong gia đình vào đại học nên bố mẹ cô không đồng tình với lựa chọn của cô. Trên thực tế, cha cô đã hy vọng cô sẽ làm kinh tế và quản lý tài chính cửa hàng của gia đình. “Anh ấy nghĩ vật lý sẽ lãng phí thời gian vì tôi sẽ không bao giờ tìm được việc làm và hồi đó, tôi thực sự không thể giải thích những gì các nhà vật lý đã làm.”

Năm 2009 Vignolini được cấp bằng Tiến sĩ vật lý quang học tại Phòng thí nghiệm Quang phổ Phi tuyến tính Châu Âu (LENS) tại Đại học Florence. Cô nhớ lại: “Họ nói với tôi rằng nó sẽ giống như luận án Thạc sĩ của tôi nhưng sẽ kéo dài ba năm và được trả lương”. “Vì vậy, tôi nói, 'tại sao không?'” Bị thu hút bởi cơ hội nghiên cứu nhiều hơn và tham dự các hội nghị, Vignolini thừa nhận cô khá ngây thơ về những gì một tiến sĩ sẽ đòi hỏi. “Tôi không giống như những nghiên cứu sinh tiến sĩ mà tôi gặp bây giờ khi họ coi đây là một nghề nghiệp.”

Những cuộc gặp gỡ mới

Sau khi hoàn thành chương trình tiến sĩ, Vignolini được khuyến khích ra nước ngoài và làm nghiên cứu sinh sau tiến sĩ ở Phòng thí nghiệm Cavendish tại Đại học Cambridge ở Anh. Làm việc với nhà vật lý vật chất mềm Ullrich Steiner, cô bắt đầu nghiên cứu các đặc tính quang học của thực vật và động vật có màu sắc sống động không đến từ sắc tố hay thuốc nhuộm mà từ các cấu trúc có kích thước nano giúp tán xạ ánh sáng. Nhưng việc chuyển đổi lĩnh vực không hề dễ dàng. “Tôi nghĩ mình sẽ tham gia vì phòng thí nghiệm trông rất tuyệt nhưng không chắc liệu dự án có thành công hay không, vì vậy tôi đã nài nỉ người giám sát của mình thực hiện một dự án thứ hai, dựa trên vật lý nhiều hơn, liên quan đến việc phát triển các vật liệu quang học mới.”

Hóa ra, việc chuyển đến Vương quốc Anh đã chứng tỏ một thành công lớn, nhờ vào cách tiếp cận khoa học khác biệt so với ở quê nhà. Cô nói: “Tôi cảm thấy được trân trọng và có động lực to lớn khi mọi người biết ơn những gì [tôi đã làm]”. “Ở Ý, bạn thường phải biết ơn mọi người thì mới có thể làm việc được.” Cô cũng ghi nhận Cambridge vì đã mở mang đầu óc và thay đổi cách cô làm khoa học. “Bây giờ, tôi chỉ nhìn vào câu hỏi, các công cụ và con người tôi cần để giải quyết vấn đề.”

Năm 2014, sau khi nhận được Học bổng Thế hệ Tiếp theo của Philip và Patricia Brown từ Đại học Cambridge, Vignolini đã thành lập nhóm nghiên cứu của riêng mình trong khoa hóa học của Cambridge. Nhóm của cô bắt đầu xây dựng các cấu trúc quang tử nhân tạo bằng vật liệu tự nhiên, với hy vọng tạo ra các vật liệu mới có khả năng phân hủy sinh học có thể thay thế các chất tạo màu truyền thống, có khả năng gây nguy hiểm được sử dụng trong mỹ phẩm, dệt may và thẻ bảo mật. “Cho đến nay, chúng tôi đã làm việc tích cực để tạo ra các chất màu bền vững hơn.”

Với tư cách là trưởng nhóm mới, cô đã được giúp đỡ nhờ giành được học bổng David Philip từ Hội đồng nghiên cứu khoa học sinh học và công nghệ sinh học (BBSRC) vào năm 2013 để nghiên cứu cách thực vật tạo ra màu sắc cấu trúc. Cô ấy cũng đã giành được một “trợ cấp bắt đầu” từ Hội đồng nghiên cứu châu Âu năm 2015. Tuy nhiên, Vignolini thừa nhận rằng việc tìm kiếm thành viên nhóm là một thách thức vì quá trình nghiên cứu diễn ra chậm và đòi hỏi các nhà khoa học phải kết hợp kiến ​​thức về vật lý, hóa học và sinh học.

Hình ảnh kích thước nano của màu sắc cấu trúc
Tất cả những gì lấp lánh Công việc do Silvia Vignolini và các đồng nghiệp của cô thực hiện nhằm tái tạo màu sắc cấu trúc của cellulose đã dẫn đến việc một công ty phụ được thành lập để sản xuất các chất màu và chất lấp lánh có màu từ thực vật. (Được phép: Droguet, BE, Liang, HL., Frka-Petesic, B. và cộng sự. Chế tạo quy mô lớn các màng tinh thể nano cellulose có màu cấu trúc và các sắc tố hiệu ứng. (Nat. Vật chất. 21 352). doi.org/10.1038/s41563-021-01135-8)

Tìm cách tái tạo màu sắc cấu trúc tự nhiên có tiềm năng thương mại lớn và mang lại lợi ích cho môi trường. Vignolini cho biết: “Chúng tôi thường không thực sự nghĩ về cách tạo ra màu sắc, nhưng chúng đến từ các sắc tố và thuốc nhuộm tổng hợp và gây ra tổn thất rất lớn cho môi trường”. “Chúng sử dụng nhiều nước và năng lượng, có thể khai thác các kim loại quan trọng hoặc chứa các hóa chất gây ung thư và rất nhiều chất thải sẽ thải ra nước thải và đại dương của chúng ta.”

Muốn thương mại hóa nghiên cứu được thực hiện trong phòng thí nghiệm của mình, vào năm 2022, Vignolini đã giúp đồng sáng lập hai công ty phụ. Sparxel được lãnh đạo bởi Benjamin Droguet – một trong những cựu nghiên cứu sinh tiến sĩ của Vignolini – và đang cố gắng tái tạo màu sắc cấu trúc của cellulose trên quy mô lớn để tạo ra các chất màu và chất lấp lánh có màu từ thực vật (Vật liệu tự nhiên 21 352). Công ty kia – vật liệu bất khả thi – đang được dẫn dắt bởi một cựu tiến sĩ trong nhóm của cô ấy, Lukas Schertel, và đang thương mại hóa các chất màu trắng lấy cảm hứng từ Đông Nam Á Cyphochilus bọ cánh cứng (ACS Nano 16 (5) 7373).

Bọ cánh cứng Cyphochilus
Kỳ quan thiên nhiên Một công ty khác tách ra từ nghiên cứu của Silvia Vignoli đang cố gắng thương mại hóa các chất màu lấy cảm hứng từ Đông Nam Á. Cyphochilus bọ cánh cứng, được bao phủ bởi lớp vảy trắng sáng bất thường bao phủ toàn bộ bộ xương ngoài. (Ảnh: iStock/Elisa Irmalia)

Vignolini rất vui vì nghiên cứu của cô đang được áp dụng vào thế giới thực nhưng cô cũng tự hào về việc các sinh viên và postdoc trong nhóm của mình đã tạo được ảnh hưởng. Cô nói: “Tôi hy vọng rằng công nghệ của chúng tôi có thể mang lại lợi ích tích cực cho hành tinh và vấn đề nóng lên toàn cầu, đồng thời tiếp tục mang lại những điều tốt đẹp nhất cho con người”. “Cố vấn là phần quan trọng nhất trong công việc của tôi.”

Chỉ đạo một bộ phận

Vào tháng 2023 năm XNUMX, Vignolini đã giám đốc bổ nhiệm của một bộ phận mới tại Viện keo và giao diện Max Planck (MPICI) ở Potsdam, Đức, chuyên phát triển các vật liệu bền vững và lấy cảm hứng từ sinh học. Là nữ giám đốc đầu tiên của MPICI, cô hiện đang đi du lịch qua lại giữa Anh và Đức đồng thời nuôi hai đứa con mới biết đi. “Tôi không mong đợi công việc sẽ khác, nhưng thực tế là như vậy. Trong nhóm nghiên cứu của mình, tôi đã hỗ trợ những người khác và ở đây tôi đang xây dựng điều gì đó cho những người khác,” cô nói.

Các môn khoa học không cần phải có ranh giới rõ ràng, chúng đều đan xen và bạn phải giữ một tâm trí cởi mở

Khi vẫn đang trong giai đoạn đầu của sự nghiệp ở Đức, Vignolini đang xây dựng một phòng kính hiển vi điện tử từ đầu và tìm kiếm một nhóm mới. “Phải mất thời gian để tìm đúng người. Một số thành viên của nhóm Cambridge sẽ chuyển đến đây từ tháng 100 và những người khác đang tìm kiếm các vị trí khác”, Vignolini giải thích. “Kế hoạch là chuyển XNUMX% đến đây, nhưng tôi đang hoàn thành một số dự án ở Cambridge và vẫn cố vấn cho sinh viên.”

Ở Đức, Vignolini cũng sẽ phát triển một lĩnh vực nghiên cứu khác gọi là “vật chất cộng sinh”, bao gồm việc xem xét cách các sinh vật hợp tác để thu hoạch và điều khiển ánh sáng. Ví dụ, có một loài sên biển xanh có khả năng cô lập lục lạp sống từ tảo mà nó ăn để quá trình quang hợp có thể diễn ra bên trong tế bào của sên. Cô nói: “Các môn khoa học không cần phải có ranh giới rõ ràng, trên thực tế, chúng đều đan xen với nhau và bạn phải giữ một tư duy cởi mở”. “Tôi thực sự không hiểu hóa học, vật lý hay sinh học là gì nữa; Tôi có cách tiếp cận rộng hơn và tin rằng đó là cách kiến ​​thức khoa học phát triển.”

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý