Stiti voi intrebarile alea pe care vi le pun rudele la petrecerile obligatorii de familie, de la care inca nu stiati cum sa va fofilati? “Ce vrei sa te faci cand o sa fii mare?” nu e o intrebare luata prea in serios. Lumea tinde sa uite ca a jurat sa devina astronaut, doctor-lautar sau gunoier. Din motive, in unele cazuri, usor de inteles. Si-apoi mai exista oameni ca Ileana Rau.
Ileana si-a descoperit entuziasmul pentru fizica in clasa a sasea. Nu stiu daca si-a propus atunci sa devina cercetator si sa studieze mecanica clasica, mecanica cuantica sau electrodinamica, dar aproape douazeci de ani mai tarziu Ileana s-a specializat in nanoelectronica si a inceput sa-si exerseze pasiunea in IBM Almaden Research Lab (San Jose, California), ca cercetator. Acelasi IBM pe care il stim deja pentru proiecte precum Watson.
Recent, compania a mai lansat alt proiect, cel putin la fel de tare, si care implica un microscop foarte puternic, molecule si electroni. Cercetatorii de la IBM se joaca, de ceva vreme, cu proprietatile magnetice ale atomilor incercand – prin diferite teste – sa gaseasca materialul care le va permite sa stocheze cea mai mare cantitate de informatii. Unul dintre teste, care implica mutarile de atomi, a fost un pretext pentru a crea poate cea mai frumoasa poveste nascocita de IBM – A Boy And His Atom – The World’s Smallest Film.
Filmul stop motion este rezultatul combinarii ingenioase de geekiness si pasiune sincera, absolut molipsitoare, care te umple pe tine, ca spectator, de cel mai cald sentiment posibil pentru prezentul in care traim. Povestea e de o simplitate frumoasa, special creata asa pentru a nu eclipsa adevarata intriga: oamenii astia calculeaza reactiile electronilor si muta molecule.
Si pentru ca intram intr-un univers complet nou, unul de 100 de milioane de ori mai mic, am luat-o drept ghid pe Ileana, care a participat la proiectul “A Boy And His Atom”, care stie sa vorbeasca limba ciudata a nanoelectronicii si poate sa faca o traducere si pentru noi. Am cunoscut-o pe Ileana la sugestia lui Iulian Barbulescu si bine am facut. Ileana are o frumoasa poveste inceputa in Sibiu, care a purtat-o la Karlsruhe Institute of Technology si Stanford University inainte de a ajunge la IBM, o poveste care trebuie citita alaturi de un Earl Grey.
IQads: Spune-ne putin despre viata ta din in Romania. Unde ai copilarit, ce amintiri frumoase ai de dinainte de plecarea din tara?
Ileana Rau: Mi-am petrecut primii 18 ani din viata in Sibiu, un oras linistit si, pe atunci, mai putin cunoscut. Am facut toata scoala in limba germana, deoarece parintii mei au considerat cunostintele de limbi straine o parte importanta din educatia copiilor. Amintirile mele preferate sunt legate de muntii din jurul Sibiului: la 5 ani am urcat prima oara pe munte, iar in clasa a 6-a am fost pe Moldoveanu (pe creasta Fagarasului). Imi amintesc de personalitatea deosebita care a fost Prof. Schmidt (directorul liceului), de noile si ciudatele instrumente pentru lucrarile practice din laboratorul de fizica ale dirigintelui nostru, Herr Birk, si mai ales de timpul petrecut cu prietenii, cu unii avand inca bucuria de a ne intalni si a povesti din cand in cand si acum, dupa atatia ani!
IQads: Cand ai plecat din Romania si care a fost motivul?
Ileana Rau: Cand am terminat liceul, am candidat pentru o bursa de studii in fizica la o universitate in Statele Unite si am fost acceptata. Cu toate ca nu petrecusem mai mult de cateva saptamani in alte tari din Europa, imi dorisem intotdeauna sa vad lumea si sansa de a-mi petrece anii de universitate intr-un loc complet diferit, pe celalta parte a unui ocean pe care nu-l vazusem niciodata, mi s-a parut de nerefuzat.
IQads: Cand ti-ai descoperit pasiunea pentru fizica?
Ileana Rau: Prima data cand mi-a trecut prin cap ca fizica s-ar putea sa fie interesanta a fost de fapt din intamplare: eram in clasa a sasea si mama mea citea o carte cu un titlu care mi s-a parut foarte ciudat: “Pendulul lui Foucault”. Am vrut sa stiu cine este acest Foucault si de ce este important pendulul. Astfel, am aflat ca exista un instrument (acest pendul) si un experiment care poate demonstra ca Pamantul se invarte. Bineinteles ca stiam ca Pamantul e rotund, se invarte in jurul axei proprii si in jurul soarelui, dar nu mi-am pus problema ca asta s-ar putea demonstra de aici, de jos! Cand am aflat ca, sute de ani in urma, inainte de a se iesi in spatiu, Foucault a demonstrat asta folosind instrumente fizice, am fost impresionata si m-am intrebat ce alte lucruri despre lumea din jurul nostru putem afla sau dovedi...
Cu timpul am realizat ca aproape tot ceea ce folosim in viata de fiecare zi a fost, la un moment dat, intai o “descoperire stiintifica majora”, si abia apoi un instrument indispensabil din viata noastra. Din acel moment, in care am realizat ca mai exista cunostinte care asteapta sa fie descoperite, sa fie folosite, care au abilitatea de a schimba lumea in care traim, de a influenta viata a milioane de oameni, nu a mai existat nimic mai interesant pentru mine.
IQads: Povesteste-ne putin despre trecerea ta de la Karlsruhe Institute of Technology la Stanford University si apoi la IBM Almaden Research Lab (din 2011).
Ileana Rau: Dupa ce am studiat 4 ani fizica la llinois Wesleyan University, am ales sa ma specializez in nanoelectronica. Pentru aceasta am facut un proiect de masterat la Universitatea de Fizica in Karlsruhe dupa care am continuat cu doctoratul la Stanford University. In aceasta perioada am avut oportunitatea sa lucrez la niste proiecte care folosesc ultimele rezultate in materie de tehnologie si aparatura. Mi s-au deschis orizonturi noi in privinta a ceea ce putem afla despre lumea din jurul nostru, a materialelor care ne inconjoara si cum le putem folosi pentru a crea noi tehnologii.
Teza mea de doctorat s-a referit la transportul electric prin niste structuri extrem de mici (numite puncte cuantice) si, ca urmare, pentru proiectul meu post-doctoral am ales sa invat despre si sa lucrez cu cele mai mici structuri care contin electroni: atomii. Deoarece laboratorul IBM din San Jose, California, are unul dintre cele mai performante instrumente de studiu al proprietatilor electrice si magnetice ale unui singur atom (un microscop cu care se scaneaza suprafata materialelor si se pot detecta electronii din atomii suprafetei, pe baza unui fenomen cuantic numit efectul tunel), am fost incantata sa am oportunitatea de lucra cu acest instrument, sa-mi imbogatesc experienta si sa ma apropii mai mult de cercetarea aplicativa.
IQads: Cum ai ajuns sa lucrezi la proiectul “A Boy And His Atom: The World's Smallest Movie” si cum a sunat ideea prima data cand a ajuns la echipa voastra?
Ileana Rau: Filmul “A Boy and his Atom” a fost de fapt o mica deviere de la proiectele la care lucram in grupul STM (din care fac parte impreuna cu alti 3 fizicieni) din cadrul laboratorului IBM Almaden din San Jose. Deoarece cu totii ne-am dat seama ca e ceva care nu s-a mai facut si pentru care instrumentul nostru este cel mai potrivit, am fost bucurosi sa investim timp si imaginatie in acest proiect.
Pentru ca pana acum proiectele de fizica ce necesitau miscarea atomilor nu au manevrat mai mult de cateva sute de atomi, iar in cazul filmului a fost nevoie de miscarea catorva mii de atomi, nu ne-a fost clar de la inceput ca vom reusi sa terminam filmul. Dar odata ce am inceput, am realizat ca si instrumentul si materialele pe care le-am ales sunt extrem de stabile si realizarea cadrelor a parut ca un fel de “joaca” cu atomi!
IQads: Ce anume te-a motivat sa participi la proiectul asta?
Ileana Rau: Ca cercetator stiintific, eu fac parte dintr-o “familie” despre a carei munca lumea stie prea putin, iar noua ne e dificil sa explicam intr-un mod accesibil pentru nespecialisti ce facem, de fapt, in laborator. Acest proiect a deschis o fereastra dinspre laboratorul nostru inspre lume si a ilustrat, intr-un mod mai potrivit decat orice lucrare stiintifica, frumusetea si fascinatia microuniversului acestor minuscule componente din care suntem cu totii facuti.
IQads: Filmul spune ca IBM exploreaza limitele in ceea ce priveste spatiul de stocare a datelor prin studiul miscarilor de atomi. Ce procese implica acest studiu, da-mi exemple de activitati pe care le faceti pentru cercetarea miscarilor de atomi.
[O sa te rog sa povestesti ca si cum cum ai vorbi mamei mele. Mama mea este o doamna din Galati careia ii place sa faca prajituri si mai ales cozonoc, care e la curent cu stirile de la ora 17:00, dar nu e tocmai up-to-date cu ce mai e nou prin nanoelectronica].
Ileana Rau: Stocarea informatiilor in materialele din calculatoare, telefoane, recordere, chiar si pe vechile casete magnetice necesita cunostinte detaliate despre proprietatile materialelor pe care le folosim. Trebuie sa stim cum se comporta ele in diferite conditii (in prezenta unui camp magnetic sau a unui curent electric, la variatii de temperatura etc). Aceste cunostinte s-au obtinut, si se obtin in continuare, de catre fizicieni, chimisti si ingineri care studiaza o diversitate de materiale.
O complicatie suplimentara este dorinta noastra de a putea accesa o cantitate tot mai mare de informatie folosind calculatoare si telefoane tot mai mici si mai usor de manevrat. Ca urmare, ar fi de dorit sa putem codifica aceasi cantitate de informatii intr-o bucata tot mai mica si mai mica de material. Cea mai mica cantitate de material (accesibila noua astazi, practic) este bineinteles atomul. Un atom contine electroni care se misca in jurul unui nucleu. Depinzand de felul in care sunt aranjati acesti electroni (cu studiul acesta se ocupa fizica cuantica), atomii pot avea proprietati foarte diferite. Deci studiind proprietatile atomilor putem afla care dintre ei sunt mai potriviti si care sunt conditiile pentru stocarea de informatii.
In esenta, ideea este ca daca vreau ca intreaga enciclopedie romana, sau poate toate enciclopediile din lume, sa existe intr-un calculator pe care sa-l pot tine in portmoneu, nu in poseta sau in buzunar, trebuie sa schimb modul de stocare a informatiei. Asta necesita un nivel mai detaliat de cunoastere a proprietatilor materialului. O analogie mai familiara, cel putin pentru dragele noastre mame, este urmatoarea situatie: daca in aceeasi camara, mama doreste sa depoziteze alimente mai multe si mai valoroase din punct de vedere nutritional, trebuie sa schimbe si aranjamentul rafturilor si felul de ambalare al conservelor, eventual chiar si retetele de preparare!
IQads: De ce fel de aparate ati avut nevoie pentru a mari cadrele de 100 de milioane de ori?
Ileana Rau: Capabilitatea de a mari imaginea de 100 de milioane de ori este de fapt datorata rezolutiei extrem de mari a microscopului folosit. Spre deosebire de microscoapele obisnuite, folosite in biologie si medicina, care detecteaza raze de lumina, microscopul cu care lucram noi detecteaza curentul electric. Acest microscop, numit Microscop de Scanare pe baza efectului Tunel (STM), contine un ac metalic a carui pozitie deasupra unei placi de metal poate fi controlata la un nivel extrem de precis: poate fi miscat o distanta mai mica decat a suta mia parte din grosimea unui fir de par.
In momentul in care acest ac se apropie de suprafata placii destul de mult, insa fara sa o atinga, un fenomen de natura cuantica, numit fenomenul tunel, face sa curga un curent electric intre suprafata si ac. Pentru a examina intreaga placa, acul se misca (scaneaza) ordonat deasupra intreagii suprafete, inregistrand curentul si distanta dintre ac si suprafata. In momentul in care, undeva pe suprafata, se afla o particula diferita de cele ale placii de baza (un atom de fier, sau cobalt, sau o molecula de monoxid de carbon), acul inregistreaza un curent diferit de cel inregistrat in apropierea atomilor placii de baza si trebuie sa se departeze un pic de suprafata. Modificarea pozitiei acului fata de placa de baza in functie de prezenta moleculei de monoxid de carbon intre placa si ac este “tradusa” intr-o imagine, ca si cele din film.
IQads: Cum functioneaza mecanismul care va permite sa mutati atomii cate unul pe rand? Cum reactioneaza atomii unul la celalalt astfel incat sa genereze miscare si de unde stiti in ce directie se va misca un atom?
Ileana Rau: Voi explica incercand sa simplific la maxim, fara prea multa rigoare stiintifica. Miscarea si pozitionarea atomilor se bazeaza pe fortele de atractie dintre atom, suprafata placii pe care se afla si acul cu care ii masuram si manevram (aceastea sunt toate in interiorul microscopului descris mai inainte). Pentru acest film am hotarat sa folosim moleculele de monoxid de carbon aflate pe o suprafata de cupru, deoarece sunt cele mai usor de manevrat, dar acelasi lucru se poate face si cu atomi de fier, cobalt, iod pe suprafata unei placi de cupru sau argint.
In cazul moleculei de monoxid de carbon, care contine un atom de carbon si un atom de oxigen, atomul de carbon este cel care se pozitioneaza deasupra unui atom de cupru din placa. Atomul de oxigen se afla deasupra atomului de carbon. Daca un alt atom de cupru (cel aflat in varful acului) se apropie de molecula noastra, asta va modifica echilibrul de forte, dar n-o va putea “ridica” de pe suprafata de lucru, doar o va putea “impinge” sa alunece in alta pozitie, deasupra urmatorului atom de cupru al placii suport. Si asa, din atom in atom, va ajunge acolo unde dorim.
IQads: In filmul de making of al IBM spuneai ca iti faceai griji in legatura cu cantitatea de munca necesara pentru mutarea atomilor. Cat dureaza mutarea unui atom? Cat a durat realizarea spotului?
Ileana Rau: Mutatul unui singur atom dureaza doar cateva secunde. Pregatirea instrumentului (STM-ul) dureaza cateva zile. Insa in spatele acestui instrument se ascund zeci de ani de munca pentru a afla cum sa construiesti un instrument atat de performant, pentru dezvoltarea si testarea partilor componente ale instrumentului, pentru construirea lui integrala, pentru a studia zeci de combinatii de materiale si atomi, pentru a afla care se pot manipula mai usor si care sunt parametrii (curentul electric masurat de instrument, tensiunea electrica ce atrage atomul sa se miste) care asigura ca atomul se va misca controlat si nu doar, asa, la intamplare....
IQads: De fiecare data cand schimbati cadrul trebuia sa mutati toti cei 5000 de atomi de pe suprafata sau mutati atomii pe grupuri?
Ileana Rau: Pentru ca intotdeauna exista posibilitatea ca ceva sa mearga prost (acest instrument este foarte performant, dar si foarte delicat) am aranjat cadrele asa incat sa limitam numarul de miscari de atomi. De exemplu, dupa ce am construit cate un cadru principal, cum ar fi imaginea baiatului sau imaginea norilor, am mutat doar cate un atom sau doi si am inregistrat imaginea intr-un cadru nou. Ca urmare, nu am facut cadrele in succesiune cronologica, ci in ordinea cea mai avantajoasa pentru instrument si le-am aranjat in ordinea corecta la sfarsit.
IQads: Cum v-ati descurcat cu temperaturile foarte mici la care trebuia sa lucrati cu atomii?
Ileana Rau: Deoarece la temperaturi mai inalte atomii au prea multa energie si incep sa “fuga” incoace si incolo, placa de baza si atomii trebuie plasati in interiorul unui frigider. Acest frigider arata de fapt ca un gigantic termos de cafea, doar ca - folosind heliu lichid - poate atinge temperaturi de -296 C. Din fericire, restul laboratorului isi poate mentine temperatura obisnuita.
IQads: Cate pizza tarziu in noapte au fost comandate? (Sigur atmosfera a fost placuta, dar si munca intensa)
Ileana Rau: Cele 10 zile necesare pentru a avea toate cadrele filmului au fost intr-adevar intense… Din fericire, am avut o rezerva semnificativa de ciocolata si ursuleti (goldbeeren)!
IQads: Cum a fost sa lucrezi cu echipa de creatie, cum a fost ping-pongul de idei?
Ileana Rau: Colaborarea cu echipa de film si publicitate a fost extrem de interesanta, iar profesionalismul lor combinat cu rigorile noastre ne-au scos din impas. Cate o gluma, cate o exclamatie plasate la momentul potrivit ne-au aratat ca si cu oamenii e ca si cu atomii: trebuie sa fii atent, sa ai rabdare, perseverenta si umor!
IQads: Cum arata o pauza in programul tau?
Ileana Rau: Pauza mea preferata? O mica drumetie. Avem marele noroc de a lucra in mijlocul naturii: laboratorul este situat langa un mare parc si o intr-o scurta plimbare poti intalni iepuri, curcani sau poate chiar si cate o caprioara! Tot atomi in miscare si ei, doar ca grupati.
IQads: Cum s-au simtit la voi reactiile din presa internationala?
Ileana Rau: Nu ne-am asteptat la cat de multe reactii pozitive am primit si la faptul ca au venit din toate colturile globului. Am fost foarte impresionati de interesul manifestat de un enorm numar de oameni, de curiozitatea lor despre cum am realizat detaliile stiintifice, despre care sunt implicatiile pentru tehnologiile de viitor si, in general, de entuziasmul tuturor (nu doar al fizicienilor) la sansa de a vedea un univers diferit: lumea atomilor.
Comentarii