Das Was wäre wenn? Sausen

Mildred Dresselhaus wurde im Mai letzten Jahres zu einer fünfminütigen Audienz beim Präsidenten ins Oval Office gerufen. Doch nachdem Obama ihr und einem Physikerkollegen zum Gewinn des Enrico-Fermi-Preises gratulierte, der für herausragende Beiträge zur Energiewissenschaft verliehen wird, kamen sie über die globale Erwärmung und die Bedeutung der Grundlagenforschung ins Gespräch. Ehe sie sich versahen, war eine halbe Stunde vergangen. Er hat seinen ganzen Zeitplan auf den Kopf gestellt, sagt sie. Im September reiste sie nach Oslo, um mit Norwegens König Harald zu speisen und den mit einer Million US-Dollar dotierten Kavli-Preis für Nanowissenschaften zu erhalten.

Millie Dresselhaus

Auf die Frage, welche Arbeit ihr am meisten Spaß gemacht hat, sagt Dresselhaus: Das, woran ich gerade arbeite. Und das ändert sich ständig.

All diese Auszeichnungen, die ich in letzter Zeit bekommen habe … es hat mich denken lassen: 'Oh, ich mache noch ein paar Jahre weiter', sagt Dresselhaus, 82, der 2012 39 Artikel verfasst oder mitverfasst hat. Ich gehe seit eine lange Zeit. Ich bin jetzt offiziell im Ruhestand. Aber ich bin nicht wirklich im Ruhestand. Tatsächlich ist die emeritierte Institutsprofessorin für Physik und Elektrotechnik an sieben Tagen in der Woche um 6.30 Uhr in ihrem Büro im Gebäude 13; Bis vor kurzem kamen sie und ihr Mann, der Physikprofessor im Ruhestand Gene Dresselhaus, jeden Morgen um 5.30 Uhr an. Sie hält sich gerne über die 100 täglichen E-Mails von Kollegen und ehemaligen Studenten auf dem Laufenden – Einladungen zu Veranstaltungen, Neuigkeiten zu Karriere und Privatleben und Bitten um Beiträge zu ihrer Forschung. Kollegen betrachten sie als die erste Anlaufstelle, wenn sie eine interessante Entdeckung gemacht haben, aber nicht sicher sind, was sie damit anfangen sollen.



Den Umfang ihrer Korrespondenz wischt sie als typisch für einen MIT-Professor ab. Aber an Millie, wie sie fast alle nennen, ist nicht viel typisch.

Als Pionier der Nanowissenschaften war Dresselhaus einer der ersten Wissenschaftler, der sich vorstellte, dass es möglich ist, Kohlenstoff-Nanoröhrchen herzustellen, die bemerkenswert stark sind und Wärme und Strom besser leiten als Kohlenstoff normalerweise. Sie war die erste, die den thermoelektrischen Effekt im Nanobereich nutzte, um effizient Energie aus Temperaturunterschieden in elektrisch leitenden Materialien zu gewinnen. Millies Beitrag ist enorm, sagt James Tour, ein führender Nanotech-Forscher und Professor an der Rice University. Sie ist verantwortlich für vieles, was wir über die Methoden zur Definition und Charakterisierung von Kohlenstoffmaterialien wie Graphit, Graphen und Kohlenstoffnanoröhren wissen.

Nebenbei war Dresselhaus auch Direktor des Office of Science des US-Energieministeriums, Schatzmeister der National Academy of Sciences und Präsident sowohl der American Association for the Advancement of Science als auch der American Physical Society, um nur einige zu nennen einige ihrer außerschulischen Termine. Als Gewinnerin der National Medal of Science und Trägerin von 28 Ehrendoktorwürden hat sie die moderne Physik mitgeprägt, während sie mehr als 60 Doktoranden durch das MIT geleitet und vier Kinder großgezogen hat, in einer Zeit, in der von Müttern oft erwartet wurde, dass sie zu Hause bleiben.

Die Vorteile von Widrigkeiten
Zu Beginn von Dresselhaus wurden Frauen oft aktiv von einer wissenschaftlichen Karriere abgehalten. Sie sagt, Andrew Lawson, ihr PhD-Berater an der University of Chicago, glaubte, dass Frauen keinen Platz in der Wissenschaft hätten und wusste erst zwei Wochen vor Abgabe ihrer Dissertation, woran sie arbeitete. Aber Widrigkeiten waren ihr nicht fremd, da sie während der Depression in einem armen Viertel in der Bronx aufgewachsen war. Dresselhaus zeichnete sich durch Musik und Wissenschaft aus; um sechs fuhr sie allein mit der U-Bahn zum Geigenunterricht. Am Hunter College erkannte und förderte die Physikprofessorin (und zukünftige Nobelpreisträgerin) Rosalyn Yalow ihre Begabung für die Wissenschaft.

Nachdem Dresselhaus auf einem Fulbright die University of Cambridge besucht und einen Master in Radcliffe gemacht hatte, ging Dresselhaus 1953 an die University of Chicago. Dort ging sie als Doktorandin im ersten Jahr häufig zusammen mit dem großen Physiker Enrico Fermi in das letzte Jahr seines Lebens. (Wir haben darüber gesprochen, was er wollte reden, sagt sie. Ich war ein sehr schüchterner Junge und würde nicht auf die Idee kommen, Enrico Fermi das Thema vorzuschlagen.) Dieses Jahr der Gespräche hat Dresselhaus als Wissenschaftler geprägt. Er war immer bereit, das Unbekannte anzugehen, erinnert sie sich. Er stellte immer Fragen wie: „Was wäre, wenn dies und dies und dies wahr wäre? Was wäre, wenn wir das schaffen könnten – wäre es interessant und was könnten wir lernen?’

Von ihrem Betreuer im Stich gelassen, suchte Dresselhaus andere Studenten und Dozenten als Resonanzboden für solche Fragen, während sie ihre Diplomarbeit über Magnetismus und Supraleitung entwickelte und geborgene Geräte für ihre Experimente umfunktionierte. Ich habe meine Diplomarbeit sehr selbstständig gemacht, also war ich am Ende ein überdurchschnittlich unabhängiges Wesen, sagt sie. Ich glaube, dass Widrigkeiten zu Vorteilen führen können.

Der Köder des Kohlenstoffs
Dresselhaus heiratete 1958 Gene, einen Physiker der University of Chicago, und ging mit ihm nach Cornell, wo er an der Fakultät war und sie Postdoc war. Ihre Tochter, Marianne ’81, wurde 1959 dort geboren. Damals würden nur zwei Orte im Land ein Paar verheirateter Wissenschaftler einstellen – IBM und MIT. Also gingen beide 1960 zur Solid State Division des Lincoln Laboratory, die die Physik von Festkörpern und potenzielle Festkörperanwendungen für das Militär erforschte. Abteilungsleiter Ben Lax, PhD ’49, war der Meinung, dass eine neuere Theorie der Supraleitung keine weiteren Rätsel mehr zu lösen lasse, also bat er Dresselhaus, etwas anderes zu erforschen.

Millie Dresselhaus

Die Queen of Carbon, wie sie genannt wird, baut ein Experiment auf und hält einen Vortrag (unten).

Millie Dresselhaus

Gezwungen, den Gang zu schalten, entschied sich Dresselhaus, sich auf Kohlenstoff zu konzentrieren, und insbesondere auf die elektronische Struktur von Graphit, der weichen, elektrisch leitenden Form von Kohlenstoff, die Bleistifte füllt. Ihr Ziel: zu erforschen, wie es auf der grundlegendsten Ebene wirkt.

Sie war eine der ersten Wissenschaftlerinnen, die mit Lasern beobachtete, wie sich Elektronen in hohen Magnetfeldern verhalten. Solche Arbeiten galten als schwierig, und die elektronische Struktur von Graphit wurde damals als sehr komplex angesehen. Sie hatte das Feld also im Wesentlichen für sich. Es gab drei Zeitungen pro Jahr auf der Welt, und ich glaube, sie waren fast alle von mir, erinnert sie sich. 1964 hatte sie vier Kinder unter sechs Jahren, und der fehlende Konkurrenzdruck erwies sich als nützlich, als sie mit den Anforderungen von Forschung und Mutterschaft jonglierte.

1967 wurde Dresselhaus eingeladen, für ein Jahr als Gastprofessor am MIT zu arbeiten. Die Philanthropin Abby Rockefeller Mauzé hatte einen Fonds eingerichtet, um eine Professorin in einem Fach zu unterstützen, in dem Frauen unterrepräsentiert waren; Frauen in den Naturwissenschaften waren extrem selten, Dresselhaus war also ein Hingucker. Sie sei bald in Vollzeit eingestellt worden, sagt sie, weil sonst niemand bereit gewesen sei, Ingenieurstudenten Physik zu unterrichten. Das war sie auch – obwohl ihr ein leitender Fakultätsmitglied in Cornell gesagt hatte, dass Frauen keine Ingenieure unterrichten können. Dresselhaus entwickelte einen Kurs, der sich auf die Physik praktischer, realer Ingenieurprobleme konzentrierte. Die Kurse, die sie begann – die moderne Version von 6.732 (Physics of Solids) und was daraus wurde 6.730 (Physics for Solid State Applications) – werden auch heute noch unterrichtet und basieren noch immer weitgehend auf ihren ursprünglichen Aufzeichnungen.

Sie setzte auch ihre Kohlenstoffforschung fort und befasste sich in den 1970er Jahren eingehender mit Graphit. Es ist ein Schichtmaterial, dessen Ebenen sehr schwach verbunden sind, und Dresselhaus wollte mehr über die Eigenschaften dieser einzelnen Schichten wissen. Sie und ihre Studenten haben die Schichten im Wesentlichen auseinandergenommen, indem sie verschiedene Moleküle dazwischen gelegt und dann beispielsweise ihre elektrischen und magnetischen Eigenschaften gemessen haben. Diese Arbeit erwies sich als so fruchtbar, dass das Labor von Dresselhaus Studenten aus fünf verschiedenen Fachbereichen anzog, lange bevor interdisziplinäre Forschung populär wurde. Es führte in den 1980er Jahren zu etwa zwei Dutzend Thesen und trug dazu bei, den Grundstein für die heutige Forschung zu Graphen zu legen – ein Atom dicke Graphitschichten, die als starkes und hocheffizientes leitfähiges Material dienen könnten.

Ihre frühen Arbeiten zu Graphit enthielten den größten Teil dessen, was heute im Fall von Graphen wiederentdeckt wird, sagt Phaedon Avouris, IBM Fellow und Manager für Wissenschaft und Technologie im Nanometerbereich am Thomas J. Watson Research Center in Yorktown Heights, New York.

Der Boden fällt aus dem Schiff
Fast alle Arbeiten, die das Labor von Dresselhaus zum Summen brachten, erforderten die Nutzung des Hoch-Magnetfeld-Labors des MIT, das von der National Science Foundation finanziert wurde. Aber 1990 verlagerte die NSF ihre Finanzierung an die Florida State University – und Dresselhaus hatte kein Interesse daran, nach Süden zu gehen.

Obwohl sie nicht befürwortet, Widrigkeiten zu suchen, ist es wichtig zu lernen, wie man funktioniert, wenn der Boden aus dem Schiff fällt, auf dem Sie sind und Sie auf ein anderes umziehen müssen, sagt sie. Es ist sehr wertvoll, zu hinterfragen, wer Sie sind und was Sie tun möchten. Alle 20 Jahre ist es wahrscheinlich das Beste, was passieren kann. Als Dresselhaus 1990 etwas passierte, griff sie auf ihre früheren Gespräche mit Fermi zurück, um herauszufinden, was als nächstes zu tun war. Sie behalten ein bisschen von dem, was Sie als Ihre Sicherheitsposition kennen, sagt sie. Aber dann stecken Sie 90 Prozent Ihrer Anstrengung in das Neue, das Sie nicht kennen.

Sie wusste viel über Kohlenstoff. Aber indem sie weiterhin Was-wäre-wenn-Fragen dazu stellte, ging sie in unbekannte Richtungen. 1990 diskutierten sie und der Rice-Physiker Richard Smalley bei einem Workshop des Verteidigungsministeriums über Kohlenstoffmaterialforschung, wie das Hinzufügen eines Rings aus 10 Kohlenstoffatomen zu einem Buckyball (dem fußballförmigen C60-Molekül) ihn in C70 umwandelt, ein längliches Ball. Das führte zu der Idee, solche Kugeln weiter in sogenannte einwandige Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu strecken, aufgerollte Zylinder aus Kohlenstoff mit einer Dicke von einem Atom. 1992 schrieb Dresselhaus zusammen mit ihrem Mann und den Kollegen Riichiro Saito und Mitsutaka Fujita eine Arbeit, in der sie postulierten, dass es möglich sei, entweder halbleitende oder metallische Kohlenstoff-Nanoröhrchen – die ganz unterschiedliche Eigenschaften haben würden – einfach durch eine geringfügige Änderung ihrer Geometrie herzustellen. Diese Idee war verblüffend, aber letztendlich richtig. 1994 erforschte sie in ihrem Labor die Eigenschaften von Nanoröhren. Es war ein großer Schritt nach vorne, sagt sie. Nanotubes waren sozusagen das erste wirklich Nano-Ding.

Im Jahr 1992 startete Dresselhaus eine weitere Forschungsanstrengung, als die US-Marine um Hilfe bei der Suche nach einer leisen und unsichtbaren Stromerzeugung – ohne Verbrennung, Abgase oder Blasen – bat, um U-Boote im Stealth-Modus anzutreiben. Diese Anfrage brachte sie zum Nachdenken über den thermoelektrischen Effekt, ein Phänomen, das Temperaturunterschiede in bestimmten Materialien in Spannung umwandelt. Die Gewinnung dieser Energie hatte sich immer als schwierig erwiesen, da sie eine niedrige Wärmeleitfähigkeit (um die Temperaturdifferenz aufrechtzuerhalten) und eine hohe elektrische Leitfähigkeit (damit die durch die Temperaturdifferenz erzeugte Spannung fließen kann) erfordert. Eine Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit erhöht jedoch typischerweise die Wärmeleitfähigkeit, während eine Verringerung der Wärmeleitfähigkeit auch die elektrische Leitfähigkeit verringert. Durch das Design des leitenden Materials im Nanomaßstab fand sie einen Weg, die thermische und elektrische Leitfähigkeit viel unabhängiger zu steuern, wodurch das neue Gebiet der Nanothermoelektrizität entstand. Thermoelektrische Geräte können einen Temperaturgradienten (möglicherweise durch Abwärme oder Sonnenlicht verursacht) zur Stromerzeugung nutzen oder Strom zum Heizen oder Kühlen ohne bewegliche Teile verwenden. Die potenzielle Bedeutung solcher Geräte ist also enorm. Heute arbeitet Dresselhaus mit Gang Chen, dem Leiter des Solid-State Solar-Thermal Energy Conversion Center des MIT, an der Forschung zur Verbesserung der Effizienz thermoelektrischer Materialien.

Auch wenn es ihren Studierenden etwas traumatisch vorkam, als sie ihren Forschungsschwerpunkt verlagern musste, zahlten sich beide neuen Richtungen aus. Am fruchtbarsten ist es, sich zu ändern, sagt sie.

An manchen Tagen ist es nicht so einfach
Dresselhaus hat das Trauma des Richtungswechsels in ihrer Forschung mit minimalem Aufwand verarbeitet. Im Laufe ihrer Karriere musste sie sich aber auch der Herausforderung stellen, in einem von Männern dominierten Bereich einfach eine Frau zu sein. Als sie im Lincoln Laboratory ankam, war Dresselhauss Tochter ein Baby; Drei weitere Kinder in den nächsten fünf Jahren zu haben, machte sie bei ihrem Chef nicht beliebt, der ihrer Meinung nach vier Kinder für übertrieben hielt. Für die Geburten ihrer drei Söhne nahm Dresselhaus insgesamt fünf Tage Mutterschaftsurlaub. (Eine wurde an einem langen Wochenende geboren, erinnert sie sich, eine andere kam an einem Schneetag.) Mit einem dicken Kissen zum Autofahren bewaffnet, ging sie gleich wieder an die Arbeit.

Als sie 1967 anfing, am MIT zu unterrichten, waren nur 4 Prozent der MIT-Studenten Frauen (jetzt sind es 45 Prozent), und der Anteil weiblicher Fakultätsmitglieder war noch geringer. Wenn man so in der Unterzahl ist und andere Professorinnen einfach nicht sieht, fragt man sich, ob man eine Chance hat, ob man dort hingehört, sagt sie. An manchen Tagen ist es nicht so einfach, weiterzumachen. An manchen Tagen könnte man davon ziemlich entmutigt sein.

Millie Dresselhaus

Dresselhaus findet auch heute noch fast täglich Zeit, Geige oder Bratsche zu spielen und hat kein Interesse daran, in Rente zu gehen. Sie sagt, dass ihre Arbeit sie an so viele interessante Orte führt, dass ich jeden Monat Urlaub habe.

Aber ihr Mann ermutigte sie, durchzuhalten. Sie hatte auch einen zuverlässigen Babysitter. (Ich war ihre Eintrittskarte zum College-Ausbildung für ihre Kinder, sagt sie. Wir hatten eine gute Zusammenarbeit.) Ihre Beharrlichkeit führte nicht nur zu bemerkenswerten Forschungen, sondern half auch, die Einstellung zu Frauen in der Wissenschaft zu ändern. Tatsächlich entschuldigte sich ihr Doktorvater schließlich dafür, sie ignoriert zu haben, und lud sie ein, einen angesehenen Vortrag an seiner Universität zu halten. Menschen ändern sich, sagt sie. Deshalb ist es wichtig, dass wir weitermachen, denn wir haben einen guten Einfluss. Es war nicht so schwer, ihn zu ändern.

Am MIT hat Dresselhaus einen Teil des Stipendiums ihres Abby Rockefeller Mauzé Chair verwendet, um Veranstaltungen zur Unterstützung von Frauen zu finanzieren. Etwa 45 Jahre lang traf sie sich fast täglich mit kleinen Gruppen von Frauen, um problematische Situationen zu diskutieren, denen sie am MIT gegenüberstanden. Als sie unter Präsident Clinton im Office of Science des Energieministeriums tätig war, flog sie jedes Wochenende nach Hause, um sich mit ihren Doktoranden zu treffen. Noch heute gibt sie regelmäßig Workshops, um die Präsentationsfähigkeit und das Selbstvertrauen der Studierenden zu stärken.

Geschichten darüber, wie sie Schülern geholfen hat, sind zahllos. Als Marcie Black '95, Major Marcie Black '95, MNG '05, PhD '03, mit Dresselhaus' Advanced Solid State Physics-Kurs als Doktorandin zu kämpfen hatte, kündigte Dresselhaus an, dass sie vor dem Unterricht um 8 Uhr eine optionale Rezitation abhalten würde (Das ist wie die Mitte Nacht zu einer MIT-Studentin, sagt Black, die vermutet, dass Dresselhaus wusste, dass sie die einzige sein würde, die zu dieser Stunde kommen würde.) Ebenso, als Sandra Brown, PhD '00, in den frühen Tagen ihrer Doktorarbeit ins Stocken geraten war und daran dachte, das MIT zu verlassen, überzeugte sie ein einziges Treffen mit Dresselhaus, zu bleiben. Millie hat mein Leben verändert, sagt sie.

Obwohl Dresselhaus nach wie vor darauf achtet, regelmäßig mit ihrer Familie Kammermusik zu spielen, ist sie nicht im geringsten versucht, sich tatsächlich zurückzuziehen – an den Strand zu gehen und zu entspannen. Darin bin ich nicht wirklich gut, gesteht sie. Komisch, ich glaube, das trifft auf die meisten MIT-Professoren zu: Wir genießen unsere Arbeit so sehr, dass es kein Opfer ist, zur Arbeit zu kommen, sondern etwas, das wir wirklich gerne tun. Wenn wir es nicht hätten, wären wir nicht allzu glücklich.

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