纪念Dresselhaus教授: 碳素女皇昨日辞世, 纳米材料钥匙永存
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美东时间2月20日，麻省理工学院Institute Professor Mildred Dressehaus教授去世，享年86岁。为纪念这位杰出的物理学家，知社今天编译刊发IEEE 2015年4月所刊发的人物专题，“Mildred Dresselhaus: The Queen of Carbon”, 回顾碳素女皇从贫穷的东欧移民女儿到美国国家科学奖章、美国总统自由勋章获得者的不平凡的一生。
Dressehaus教授因其在碳素材料和低维热电材料的卓越贡献而闻名于世，文章总引用数高达15万，是美国国家科学院、国家工程院两院院士，麻省理工学院仅有的十余位Institute Professor之一，荣誉等身。她是MIT第一位女性正教授、美国国家科学奖章的第一位女性获奖者、Kavli纳米科学奖章的第一位唯一获奖者、以及IEEE第一位女性荣誉奖章获得者，还曾获得美国总统自由勋章、MRS von Hippel奖章、美国能源部费米奖章、APS Buckley凝聚态物理奖章等一系列奖项。今天，在MIT的主页首页，是Dressehaus教授的大幅照片：
Mildred S. Dresselhaus, a celebrated and beloved MIT professor whose research helped unlock the mysteries of carbon, the most fundamental of organic elements — earning her the nickname “queen of carbon science” — died Monday at age 86.
特别值得一提的是，Dressehaus教授曾与许多来自中国的学者和学生合作、对他们关爱有加，圈内人都尊称她为老太太、老奶奶。Dressehaus教授去世的消息传来，国内各个学术微信群的许多学者纷纷留言表示惊讶、悲伤、与哀悼之情：很多人不久前还都见过她，感受她敏捷的思维和精神，没想到这么快就走了。老奶奶绝对是思考科研到最后一刻的人！
Mildred Dresselhaus: The Queen of Carbon
早在20世纪50至60年代，硅还没有得到广泛应用，硅谷也尚未出现。在半导体技术领域，温和的硅元素不得不和其他元素竞争，最终脱颖而出。今天，碳元素也站在了这样的十字路口。从运算能力的提高，到电池容量的增加，碳科技正在引发一场变革。事实上，已经有学者利用这样的技术为我们展示了如纸一样薄的电池、防破裂的触摸屏以及TB级速度的传输技术。展望未来，太空电梯、海水过滤器、仿生器官、可移植神经元等等也许都会成为现实。
无论未来的“碳谷”会发生什么样的奇迹，人们都不应该，也一定不会忘记这位真正的巨人——碳科学领域的奠基人——Mildred Dressehaus。作为麻省理工学院物理和工程系教授，她自上世纪60年代起，便一直潜心于各种纳米尺度碳元件（如碳片、晶格、导线、开关）的基础研究。未来的工程师们将采用诸如石墨烯之类的碳材料，将这些元件应用到系统中，使计算进入一个崭新的时代。
经过了半个世纪默默的工作，Mildred也逐渐赢得了荣誉。去年11月，在美国白宫举行的一次典礼上，前总统奥巴马授予她总统自由勋章，这可谓美国政府的最高荣誉。奥巴马这样说：“她所带来的影响就在我们身边，我们驾驶的汽车，我们产生的能源，和一切提高我们生活水平的电子设备。”
同时，电气与电子工程师协会（IEEE）还授予Mildred协会最高荣誉——IEEE荣誉奖章，以表彰其在“众多科学和工程领域的领导和贡献”。她也因此成为近一个世纪获得此项荣誉的首位女性。
奥巴马授予 Mildred Dressehaus 总统自由勋章
对于那些渴望挑战碳计算魔力的学者们，Mildred帮助他们照亮了一条道路。然而她自己这86年的生命却未曾这样简单。这个充满混乱的世界曾给这位富有远见的学者带来重重困难，她是细心体贴的导师，也是四个孩子的母亲。
早年成长
作为贫困东欧移民的女儿，在美国大萧条和二战时期的复杂文化背景下，还是孩子的Mildred曾认为，摆在她面前的唯一出路就是做学校老师。即便这样，未来也并不光明。无论她所住街区还是Bronx地区那些小学，孩子们对学习基本都没什么兴趣。不过一股神秘的力量很快改变了这一切，那就是音乐。
Mildred的父亲来自波兰的小村镇Dzialoszyce，她的祖父和曾祖父都曾是镇上教堂咏唱班领唱。所以Mildred的哥哥在四岁就展现出惊人的小提琴天赋，毫不意外。父母把他送到了纽约著名的格林威治音乐学校。当Mildred长到四五岁时，也开始在那里学习音乐。尽管在13岁时就停止了格林威治的课程，Mildred始终没有放弃自己所爱的小提琴。她每天都会拉上一会儿，“我珍藏着他亲手传给我的小提琴，同时也继承下他留下的一切。”
多年之后，Mildred本可以追寻哥哥的脚步，进入传奇般的布朗士科学高中（Bronx High School of Science）学习。可惜当时学校只对男生开放，她只好进入纽约的亨特学院高中。在入学考试时，她开心地发现，数学对她来讲是如此容易。“我的兴趣就是这样激发出来的，通过自学，为了亨特高中入学考试而进行的数学自学。”
在亨特，由于Mildred出色的数学和理科表现，她的年度鉴定上曾有小诗一首来评价其能力：
“Any equation she can solve
Every problem she can resolve
Mildred equals brains plus fun
In math and science, she’s second to none.”
费米的影响
在亨特学院高中的第二年，另一股重要的力量开始影响Mildred的生活。
“Rosalyn Yalow的（物理）课让我更为关注科学专业，”这是Mildred在Hunter最喜欢的课，当时由这位医学研究者讲授。不久后Yalow就转去追寻自己的研究事业，并最终在1977年分享了诺贝尔生理学奖。“这就是我真正开始的地方。 Rosalyn那时坚持让我进入研究生院学习。她是个常常会为你指明道路的人。”
Rosalyn Yalow
1951年，Yalow热情洋溢的推荐信，帮助Mildred走进了拉德克利夫学院（Radcliffe College）。由于入学被推迟，她得以参加福布莱特计划（Fulbright fellowship），进入剑桥大学的卡文迪什实验室交流学习。
“拉德克利夫没有（科学）课程，”Mildred解释说，“课都在哈佛，但考试却在拉德克利夫。女生们不和男生一起考试，所以我不得不在另一个房间独自进行。这种局面很复杂，也很不舒服。”
在哈佛的这一年，Mildred疲于奔命，缺乏休息，并不开心。她发现学习物理的最佳去处是芝加哥大学，这也是著名物理学家费米的所在地。1953年，在拉德克利夫学院拿到硕士学位后，Mildred只身前往伊利诺斯。
在芝加哥的日子里，Mildred也常常是课上唯一的女生，好在学习环境不再那样压抑。就是在芝加哥，在费米的影响下，Mildred开始真正学着像物理学家那样思考。那时候，凭借在曼哈顿计划中的重要作用，费米掌管着这个小型的物理系。1953年时，Mildred的新班上只有11个物理学生。
费米是个爱早起的人，Mildred也是。他们去学校的时候顺路，于是Mildred和其他人一样，专门安排好自己的清晨出行时间，好与这位物理学界的传奇人物共同漫步。
“他是个有条不紊的家伙，每天总是做着相同的事，”Mildred回忆说。比如，费米在早晨的上班路上会谈论他脑子里琢磨的东西，有时和当天课程有关，也可能无关。而当费米讲课时，他会把复印好的笔记发给大家。“他不喜欢人们在他讲课时记笔记。他希望大家好好地听，所以会给你笔记。不过这笔记很简洁，没有几页。”
1954年的11月，费米去世。这不过是Mildred来到芝加哥的第二年，但是在这简短的接触中，费米给她留下了深远的影响。“他启发了我的思维，让我们认识到应该对每件事具有兴趣。因为我们不知道科学界的下一个大突破将发生在哪里。”
曲折的事业
1955年秋天，Mildred开始了博士项目，研究在磁场中超导体的微波属性。这涉及到低温和固态物理学、电子工程和材料科学。如此新颖而跨领域的研究，意味着她无法从一份目录册上找到其研究需要的所有材料。但她很快发现自己所需的很多东西，就在大学的足球场下面。十多年前，费米曾带队建立了世界上最大的人造核裂变链式反应。在那里，很多剩余设备都可以免费使用。这间满是珍贵材料的库房就这样被赋予了新的意义，Mildred为自己的设备制造了超导线，建造微波设备，甚至制备了液态氦。
Mildred说，由于小学老师太差劲了，所以她才练就了这些本领。“他们真是糟糕透顶，以致于你想学点东西，不得不去自学。”
在芝加哥的时候，Mildred遇到了自己的爱人，Gene Dresselhaus。他们于1958年结婚，并搬到了伊萨卡岛。在那里，Mildred拿到了国家科学基金会（NSF）的博士后，Gene则在康奈尔大学物理系获得一个初级职位。就在这里，Mildred遇到了另一位著名科学家——日后大放异彩的费曼。当时，费曼正在钻研一些方程，也就是未来电动力学的量子理论。
Gene Dresselhaus（左），Prof. J. Heremans（右）
“他会时不时地讲讲课。”Mildred介绍，“有课的时候，你一定要去。那总是非常有趣，他会从完全不同的角度讲述你所知道的东西。”
1959年，Mildred迎来了自己的第一个孩子Marianne。在学术环境上，尽管不时能够去听费曼讲课，但康奈尔在那时候并不是一个女性学者的理想去处。系里有个人曾直言不讳地对她讲，从没有哪个女人被允许给他的工程系学生上课。
所以，1960年夫妻两人一起去了麻省理工的林肯实验室。在那里，Mildred走出了她论文课题的超导体领域，转而开始关注石墨、铋以及其他所谓半金属的磁属性和光属性。用她的话说，这一领域在当时并不流行，竞争也不激烈。这使得Mildred有精力抚养四个孩子。然而，作为一位肩负科研工作的母亲，她在职业道路上也并非一帆风顺。
1964年，Mildred第四个孩子Eliot诞生。林肯实验室的H. Eugene Stanley（现波士顿大学教授）对那段日子记忆犹新。“那时候孩子出生第二天，她就把新生儿一起带来上班。那是中午或者下午一点，由于林肯实验室是政府机构，他们拒绝小孩进入，这使她极为恼怒！我很少见到她生气，但那天她确实气得厉害。”
1967年，Mildred离开林肯实验室，来到上级单位麻省理工学院，成为电子工程系的访问教授。次年，她拿到了终身职位。1983年，她也成为物理系的教授。
“初到MIT时，（物理）系里只对高能物理感兴趣。” 而更多的物理学领域，从材料科学到工程物理，这些在当时都算不上主流研究方向。“现在可不一样了…..同时具备物理和工程学背景的人才非常短缺。”
卓越的贡献
无论60年代，70年代，还是80年代，Mildred和她的学生们都在孜孜不倦地研究石墨以及碳嵌入化合物的属性，也就是在石墨薄片中加入单独的溴或钾原子。这就像在面包片中放入橄榄。她的团队还为神奇的纳米技术材料的发现和应用奠定了基础，比如碳纳米管和单原子层的石墨烯。
这些碳结构的变形或者组合应用能够制造出比凯夫拉防弹衣更坚固的护甲，具备能够为海水过滤盐分的超薄膜材料，甚至可以为脊髓或器官出现严重问题的患者带来希望的仿生可移植材料。如果作为电池或电容器中的电极，石墨烯和碳管将能够为我们带来极佳的能源储存系统，其蓄电量将超越传统电池，充电时间也比加一罐汽油要短（以电动汽车电池为例）。
作为下一代电子器件的可能衬底，石墨烯至今仍鲜有竞争对手。其优异的导电性（高于银）和单原子层厚度使得分子级大小的石墨烯电器元件成为可能，具备无法想象的太赫兹运算速度。用Mildred的话说：“石墨烯并不是要取代硅，它将做出完全不同的事情。”
尽管步入了80多岁的年纪，Mildred仍然每天很早就去办公室，包括周末和节假日。她对工作的热情始终没有减退，这让她一直在潜心研究石墨烯、碳纳米管和其他纳米材料的光、电以及振动属性。“我对现在的研究非常激动，也没有考虑要停止研究。”
在麻省理工的岁月里，除了自己的研究，Mildred还教导了很多的年轻人，尤其那些走上科研道路的女性学者。她指导了超过60个博士生课题，领导过许多同事，经历了种种事业上的曲折。
美国国家工程院院士，麻省理工机械工程系主任陈刚曾说：“在我的团队中，有四位女性在MIT期间都得到过Mildred的支持和帮助。有很多次，她都自愿和我的女学生们交流，为她们提供个人职业建议。”
MIT机械工程系主任陈刚
他还表示：“一方面，现在才为一名女性授予IEEE荣誉奖章可能太晚了；另一方面，没有人比Mildred更为适合获得这项荣誉，而且她为这一奖项树立起了很高的标杆。我相信Mildred的获奖会激励更多IEEE中的女性去冲击新的高度。”
纪念
“Yesterday, we lost a giant — an exceptionally creative scientist and engineer who was also a delightful human being,” MIT President L. Rafael Reif wrote in an email today sharing the news of Dresselhaus’s death with the MIT community. “Millie was also, to my great good fortune, the first to reveal to me the wonderful spirit of MIT,” Reif added. “In fact, her down-to-earth demeanor was a major reason I decided to join this community. … Like dozens of young faculty and hundreds of MIT students over the years, I was lucky to count Millie as my mentor.”
Dresselhaus教授安息。。。
参考资料
http://spectrum.ieee.org/geek-life/profiles/mildred-dresselhaus-the-queen-of-carbon
http://web.mit.edu/physics/millie/symposium.html
http://news.mit.edu/2017/institute-professor-emerita-mildred-dresselhaus-dies-86-0221
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