材料科学家的好运

拿破仑经常被引述说,他宁愿比好的幸运的将军。这一点几乎可以肯定不是他的,但它是有效的。那些抓住所有的机会给他们比其他人更有可能在他们选择的幸运和成功事业。这当然也适用于西蒙Billinge在过去的25年里,他的研究集中在原子之间的关系结构和新材料的特性。很多,包括光电和医药产品——纳米材料与直接从结构组件属性出现在纳米尺寸。

Billinge研究在英国长大,他的二元同步通信在牛津大学的材料科学。搜索博士的位置时,他的第一次重大的好运。我选择申请我们实验室简单的冒险的感觉,”他回忆说。“只有两个,不要求学生有一个GRE考试从美国大学测验分数,凯斯西储和宾夕法尼亚大学,我选择了随机宾夕法尼亚大学。”他在1987年到达那里,就在第一个高温超导体的发现,和选择工作在这些“令人兴奋的”新材料的监督下Egami武和彼得•戴维斯。彼得会让小说超导体,武来确定他们的组织性能的关系;我的博士项目涉及这两个方面,Billinge说。在凝聚态物理博士后在洛斯阿拉莫斯国家实验室,新墨西哥,密歇根州立大学的一位教授,自2008年以来在哥伦比亚和布鲁克海文国家实验室,他继续工作发展技术来探测模式内的原子nanometric集群和应用这些日益复杂,新材料类。

在纯水晶材料,原子排列的模式是完全正则及其分布可以确定使用标准的x射线晶体学。然而,几乎所有的实际材料,包含障碍。散射x射线散射从障碍在晶体被彼得·德拜结晶学之父之一,早在1915年,德拜散射的数学方程。这是原子的起源对分布函数,发现在1920年代末和知道,今天也许有些令人困惑的是,作为一个PDF。简单地,这描述的概率,因为有一个原子点一个,另一个将躺在一个给定的距离一个。它可以来自x射线散射,正如晶体结构可以,但数据收集和解释更复杂和耗时。

在上个世纪的大部分时间里,这种技术发挥了重要作用在几个细分市场领域的化学物理和物理化学,造型液体和非晶态材料的结构。最大的突破是在2000年代早期,当x射线辐射强度的增加来源和大小的探测器加快数据收集;无序材料的准确和精确的pdf文件现在可以获得一小部分的时间只有20年前。Billinge的经验在发展中所涉及的数学解释这种衍射有利于他的团队将此技术应用于复杂的材料。事实上,其中很多是有序的,但只有在最小的尺度:它们包含很小,普通原子团或纳米晶体太小传统晶体学。”是很重要的学习资料在这个长度尺度,因为它是最复杂的地方,“Billinge说。小分子的结构是相对容易理解,就像大部分的结构像一块硅材料。在之间,我们可以找到更大的结构复杂性,原则上允许我们建立设计师材料所需的属性。

小解决大问题

仍然有大量的方法开发完成,但Billinge集团是越来越多地使用这些技术来解决现实世界的问题,提高先进材料的属性在微妙地改变他们的分子结构。这些可能是高温超导体,电池和光伏电池,或者,越来越多的药品。许多“失败”的化合物在制药公司的架子是强有力的和选择性抑制剂的分子靶点,但太不溶性进入血液中。调整通过减少颗粒大小有时可以增加“砖尘埃”式化合物的溶解度高达一千次。我们需要知道详细的这些非晶和纳米药物的分子结构,所以我们可以把他们安全市场,”他说。

Billinge的工作坚决学科之间的接口:应用数学,物理,材料科学,是的,化学。他认为,在这一领域具有不同背景的研究人员之间的沟通是至关重要的。“一个数学家或物理学家与一个工具,但是没有化学家的现实世界问题的理解,就像一个人用锤子,看什么都像是钉子。跨学科交流让我们适应这个工具来解决这个问题,实际上是在那里,”他解释说。似乎可以肯定,化学家将找到值得这个幸运的和有趣的现实问题材料科学家应用物理学家转向解决多年来。