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La passione della ricerca e il grafene: intervista a Camilla Coletti

Coletti Camila photo

Pubblichiamo questa intervista a Camilla Coletti, ricercatrice dell’Istituto Italiano di Tecnologia.

Ringraziamo Camilla per averci concesso questa intervista.


 

Come è nata la passione per la ricerca?

Penso sia sempre stata in me. Da piccola ero un’avida lettrice e fra i primi libri che lessi ce n’erano un paio che diventarono i miei preferiti: erano due libricini per bambini uno di astronomia e l’altro di archeologia. Mi piaceva pensare di poter fare l’archeologo o l’astronomo anche se all’epoca le mie idee riguardo al mondo della ricerca erano poche e confuse. Iniziai a sperimentare con le piante, per esempio le annaffiavo con vari intrugli quando erano malate e un giorno rimasi affascinata quando vidi che la mia orchidea rosa era diventata viola! Mia mamma aveva studiato medicina e a 10 anni mi divertivo a sfogliare le pagine del suo libro di anatomia umana. Mi incuriosiva tantissimo capire il funzionamento delle cose, con una predilezione particolare per la volta celeste. Negli anni dell’adolescenza misi da parte il desiderio di fare ricerca, i modelli di riferimento - quando si parlava di scienziati - erano di difficile identificazione per una ragazzina: ero affascinata dalle storie di Einstein e Heisenberg, leggevo i libri di Stephen Hawking ma mi sembrava impossibile poter “diventare una scienziata”. Il mio desiderio di esplorare tornò prepotentemente a farsi vivo arrivata al diploma: avrei voluto trasferirmi a Bologna per studiare Astronomia ma alla fine decisi (per semplicità logistica ed economica) di studiare Ingegneria Elettronica Spaziale, un corso di Laurea attivato dall’Alenia Spazio, che potevo frequentare vicino a casa mia, a Perugia. Compresi con chiarezza che il mio desiderio era continuare a studiare per tutta la vita, fare ricerca, durante la tesi di laurea sperimentale fatta all’ ETH di Zurigo.

Com'è stata la tua esperienza all’estero e ora in Italia?

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Klaus von Klitzing (fonte https://www.mpg.de/)

L’esperienza all’estero mi ha arricchito tantissimo, sia a livello di formazione scientifica che umanamente. Vivere a stretto contatto con tanti ragazzi di paesi diversi, in un ambiente multiculturale, al di fuori della nostra comfort zone è un’esperienza bellissima e che allarga la mente. Sono sinceramente convinta che sia una esperienza importantissima per ogni giovane e fondamentale per un ricercatore. Sono partita dall’Italia a Gennaio 2004, internet era limitato, non esistevano smartphones e le informazioni sui posti in cui sarei andata erano poche e frammentate: un salto nel buio. La breve permanenza in Svizzera per la mia tesi di Laurea mi ha insegnato ad essere indipendente ed a capire che potevo farcela, i 3 anni di dottorato negli Stati Uniti mi hanno mostrato un modo lontano anni luce dall’esperienza universitaria italiana che avevo avuto. Mi sono resa conto che la preparazione di base ricevuta in Italia era solidissima ed ampia se paragonata a quella di colleghi americani, ma a livello di laboratori, non c’era paragone! Ancora ricordo il paradosso del laboratorio di programmazione del difficilissimo linguaggio Assembly a Perugia: un solo computer e tutti accalcati intorno a cercare di prendere appunti. In Florida nel corso di Matlab ogni studente aveva due computer, uno per osservare ciò che faceva l’insegnante, l’altro per rifarlo!!! Gli anni post-dottorali al Max-Planck-Institute in Germania sono stati un empireo di possibilità: un paradiso di strumentazioni sofisticate e performanti. E poi, lavorare con Klaus von Klitzing, Nobel per la Fisica nel 1985: l’impossibile che diventa realtà!

Tornare in Italia dopo 8 anni è stato fortemente voluto, sentivo di voler dare una chance al mio paese, e poi l’Italia, gli affetti, mi mancavano troppo. Ho avuto la fortuna di essere assunta dall’Istituto Italiano di Tecnologia con il compito, una sfida direi, di mettere su da zero un’attività di crescita e studio di materiali bidimensionali. Qui a Pisa, dove sono dal 2011, sono maturata come ricercatrice, sono passata da essere sola in un laboratorio vuoto a dirigere un gruppo di 15 fantastici ragazzi in tre laboratori zeppi di strumenti. Ho capito cosa vuol dire guidare una linea ricerca, con i suoi pro ed i suoi contro (fra i contro la mancanza di tempo da spendere in laboratorio a fare esperimenti: è qualcosa che mi manca tantissimo).

Che consigli daresti ad un nostro giovane lettore interessato a intraprendere il percorso di studio dell’ingegneria e della scienza in generale?

Questo mondo ha un grande bisogno di persone pensanti, che studino e siano in grado di costruire un futuro migliore. Per intraprendere la strada della ricerca servono studio, creatività, passione, e coraggio, il tutto miscelato in un cocktail di difficile equilibrio. Studiare e prepararsi è la base, la piattaforma di lancio per il futuro. Immaginare, essere creativi è ciò che ci permetter di scoprire cosa nuove, di progredire. E serve passione, perché fare ricerca è un lavoro full-time, faticoso. La sera quando si torna a casa è spesso difficile staccare, ma se si ama ciò che si fa questo non pesa. Inoltre è importante essere coraggiosi: non farsi intimorire da sfide quali quelle di cambiare città, il lasciare la comfort zone. 

Può spiegare ai nostri lettori il risultato che hai ottenuto di cui vai più fiera?

Se questa domanda mi fosse stata fatta 5 anni fa avrei detto l’aver sviluppato un processo di intercalazione di atomi di idrogeno fra il grafene e il suo substrato che permette di migliorarne le proprietà elettroniche. Ero fresca di dottorato e rimisi a nuovo una strumentazione per mettere in pratica un’idea che funzionò alla perfezione! Ma rispondere a questa domanda oggi è dura. Direi che in generale la cosa di cui vado più orgogliosa è l’aver saputo applicare il mio background da scienziato delle superfici dell’ultra-alto-vuoto (che tipicamente porta avanti studi di natura fondamentale sui fenomeni fisici e chimici all’interfaccia solido-vuoto) per risolvere problemi di natura tecnologica. Quando lavori con un materiale bidimensionale come il grafene hai un solo strato di atomi, controllarne finemente la cristallinità e l’interfaccia è tutto! Con i risultati ottenuti dal mio gruppo stiamo mostrando che la scienza dell’ultra-alto-vuoto è necessaria se si vuole progredire a livello tecnologico con i materiali 2D. Proprio in questi giorni abbiamo sottomesso un lavoro in cui mostriamo come sia possibile (sempre grazie ad un fine studio e controllo delle superfici) crescere grafene di buona qualità su substrati isolanti. Questo risultato è stato poi preso e sviluppato da una grande compagnia produttrice di macchinari di crescita di grafene come la Aixtron, per implementare e migliorare un sistema di crescita di grafene su wafer isolanti larghi fino a 6 pollici. È quando vedo che le nostre idee, i nostri lavori, hanno un impatto sul progresso tecnologico che sono fiera del lavoro che facciamo nel mio gruppo di ricerca.

Graphen

Modello molecolare del grafene, con struttura a celle esagonali (fonte wikipedia)

Essere donna in STEM non e’ cosi’ comune e a volte e’ stigmatizzato. Quale e’ stata la tua esperienza finora? Ci sono differenze tra l’Italia e l’estero?

Durante i primi anni di Ingegneria eravamo solo 6 ragazze in un corso di 200, un misero 3%. La soddisfazione fu che per il mio anno, la percentuale femminile dei laureati perfettamente in corso al termine degli studi fu di più del 30% (sempre noi 6 su un totale di 18). Questo per dire che, non sempre, ma molto spesso le donne mostrano dedizione e determinazione che permette loro di raggiungere gli obiettivi prefissati.

Purtroppo però le donne che decidono di dedicarsi a percorsi STEM sono sempre, a mio avviso, una percentuale troppo bassa. E se quelle poche al nastro di partenza dell’iscrizione a corsi di Laurea scientifici arrivano con successo al termine degli studi, la percentuale che poi continua una carriera accademica diminuisce ulteriormente. Spero però che le nuove generazioni inizino ad avere dei modelli di scienziate donne in cui identificarsi e che questo le aiuti a credere in un percorso di questo tipo.

Fino a poco tempo fa fare scienza e mettere su famiglia per una donna era quasi impossibile. Oggi la situazione è migliorata e possiamo scegliere. I miei bambini hanno 4 e 6 anni. Mettere su un gruppo di ricerca ed una famiglia allo stesso tempo non è facile, ma guardare indietro e sapere di avercela fatta mi riempie di gioia. Raggiungere questo obiettivo ha comportato sacrifici: la ricerca non va mai in ferie e (anche durante il breve permesso di maternità) non ho mai staccato. Ricordo benissimo di aver sottomesso un articolo il giorno stesso che è nato Ludovico, ma queste sono pazzie che pesano poco se si ama la scienza. Avere un marito (anche lui ricercatore) e dei genitori (anche se a qualche ora di distanza) splendidi e di supporto è stato fondamentale. In Italia purtroppo (diversamente dai paesi centro e nord-europei) il supporto alle mamme che lavorano (non solo scienziate) non è sufficiente. Per esempio abbiamo dovuto combattere contro i mulini a vento per poter trovare una scuola elementare a tempo pieno che accogliesse nostra figlia Elettra nonostante i nostri lavori e l’assenza di nonni sul territorio. Ad oggi per mantenere il gruppo di ricerca che ho viaggio tanto (meeting di progetto, contributi su invito), e non è sempre facile spiegare ai miei figli perché mamma se ne va. A mia figlia maggiore Elettra che mi chiede spesso il perché di questi viaggi provo a spiegare perché è normale che una mamma possa avere un lavoro impegnativo, spero che da grande capirà.

Quale e’ la formula matematica che più descrive la tua ricerca? E quella che descrive più te come individuo? 

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Paul Dirac (fonte wikipedia)

Beh, lavorando sul grafene sarò magari ovvia: l’equazione scritta da Dirac nel 1928, il pilastro della meccanica quantistica relativistica. Questa equazione d’onda descrive in maniera relativisticamente invariante il moto di particelle che si muovono a velocità prossime a quella della luce. E nel grafene i portatori di carica perdono la loro massa efficace, diventano quasiparticelle che si muovono in maniera relativistica seguendo l’equazione di Dirac. Proprio per questo il grafene è un parcogiochi per scienziati, è un materiale speciale che permette di esplorare fenomeni esotici altrimenti non osservabili ed apre le porte ad inaspettati scenari di progresso tecnologico. 

La domanda sulla formula che mi descrive più come individuo è la più difficile di tutte, non sono sicura di poter dare una risposta sensata! Mi ha sempre affascinata la teoria del caos e considerando me stessa come un sistema dinamico altamente sensibile alle condizioni iniziali direi che quello che sono diventata è stato influenzato da tanti piccoli eventi apparentemente insignificanti, che hanno modificato le mie scelte ed il corso degli eventi. Quindi mappa logistica? 

 Se potessi fare un balzo in avanti nel tempo di 20 anni, quali saranno le linee di ricerca nel tuo campo che pensi saranno principalmente investigate?

Immagino che in 20 anni molta della ricerca di base sul grafene sarà esaurita e spero che questo materiale sia giunto ad una maturità applicativa. Siamo ad un punto di svolta per il materiale delle meraviglie: proprio in questi anni si stanno testando i suoi possibili utilizzi in diversi campi, che vanno da applicazioni low-tech (i.e., grafene integrato in oggetti quali racchette, abbigliamento o caschi per migliorarne leggerezza, resistenza, dissipazione termica) ad applicazioni high-tech quali la fotonica integrata. Nel mio gruppo, ad esempio, lavoriamo alacremente grazie a finanziamenti europei (i.e., progetto bandiera Graphene Flagship) per integrare il grafene in piattaforme fotoniche per trasmissioni dati più veloci e che consumino di meno. Tutto questo in 20 anni o sarà stato tradotto in progresso tecnologico o abbandonato. 

Credo che l’enorme varietà di materiali 2D che possono essere studiati garantirà un ampio campo di studio per molti anni a venire. Le possibili combinazioni di materiali 2D in stack verticali o in pattern orizzontali porterà ad identificare nuovi materiali con proprietà fisico-chimiche diverse da quelle dei materiali di partenza aprendo così nuove linee di ricerca e nuovi scenari applicativi. La velocità con cui vengono fatte nuove scoperte mi suggerisce che qualsiasi fosse la mia previsione, a 20 anni da ora sarei smentita. Quello che spero è di lavorare sempre di più su materiali che permettano sì di soddisfare le richieste crescenti del nostro mondo tecnologico ma che lo facciano con attenzione sempre crescente alla salute del nostro pianeta e dei suoi abitanti.

CC BY-NC-SA 4.0
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

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