Nữ hoàng Carbon Mildred S. Dresselhaus

Dresselhaus là người đi tiên phong trong việc sử dụng các kỹ thuật mới để nghiên cứu vật liệu chỉ dày bằng một nguyên tử, cũng như dự đoán tính chất và đặc điểm của các ống nano carbon. Từ những năm 1950, bà đã khám phá ra mối liên hệ giữa cấu hình nguyên tử và khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt của vật liệu. Các nghiên cứu của bà đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển pin lithium-ion, thiết bị điện tử, máy phát năng lượng tái tạo và nhiều thứ khác.

Dresselhaus sinh ra ở thành phố New York, Mỹ vào năm 1930. Ngay từ lúc nhỏ, bà đã quan tâm đến khoa học do thường xuyên đọc các tạp chí của National Geographic. Trong quá trình học tập tại Đại học Hunter, bà đã gặp Roslyn Yalow – một giáo viên vật lý và là người đoạt giải Nobel trong tương lai. Yalow đã phát hiện tài năng thiên bẩm của Dresselhaus và khuyến khích bà theo đuổi sự nghiệp nghiên cứu khoa học.

Sau khi Dresselhaus hoàn thành chương trình đào tạo thạc sĩ tại Đại học Radcliffe năm 1953, bà đã tiếp tục học lên cao và bảo vệ thành công luận án tiến sĩ ở Đại học Chicago vào năm 1958. Đề tài nghiên cứu của bà liên quan đến các đặc tính của chất siêu dẫn trong từ trường. Trong quá trình làm thí nghiệm, bà đã sử dụng lại các thiết bị nghiên cứu hiện tượng phân hạch hạt nhân để chế tạo dây siêu dẫn và dụng cụ vi sóng. Cũng trong năm 1958, bà gặp và kết hôn với nhà vật lý học Gene Dresselhaus.

Năm 1960, cả hai vợ chồng trở thành nhân viên tại Phòng thí nghiệm Lincoln của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) ở Cambridge. Dresselhaus bắt đầu nghiên cứu các tính chất điện tử và quang học của bán kim loại – các chất có chung tính chất với kim loại và phi kim chẳng hạn như bitmut và than chì (một dạng thù hình của carbon). Vào thời điểm đó, khoa học vật liệu vẫn còn là một lĩnh vực nhỏ với ít nhà khoa học tham gia.

Năm 1967, Dresselhaus được mời tham gia công tác giảng dạy tại MIT. Tại đây, cô bắt đầu nghiên cứu và tạo ra một loại vật liệu đặc biệt gọi là hợp chất xen phủ graphit (GIC), trong đó than chì xen kẽ với các phân tử khác trong những tấm vật liệu có độ dày chỉ bằng một nguyên tử. Công nghệ này sau đó trở thành yếu tố không thể thiếu trong quá trình sản xuất pin lithium-ion và chế tạo vật liệu nano carbon.

Dresselhaus là một trong những người đầu tiên sử dụng tia laser để nghiên cứu các tính chất từ và quang học của than chì. Bà nhận thấy quá trình hóa hơi than chì bằng tia laser tạo ra các “cụm” nguyên tử carbon. Điều này đã thu hút sự chú ý của một số nhà nghiên cứu khác và dẫn đến việc phát hiện ra fulleren [những phân tử cấu thành từ các nguyên tử carbon có dạng rỗng chứa từ 20 đến vài trăm nguyên tử carbon], trong đó nổi bật nhất là quả bóng bucky (buckyball) cấu tạo gồm 60 nguyên tử carbon.

Dresselhaus đề xuất rằng các phân tử tương tự cũng có thể tồn tại ở dạng hình trụ. Khi các ống nano carbon, hay còn gọi là ống bucky (buckytube), thực sự được sản xuất vào đầu những năm 1990, bà dự đoán chúng có thể là chất bán dẫn hoặc kim loại tùy thuộc vào cách chúng định hướng các đơn vị cấu tạo cơ bản – những cấu trúc hình lục giác phẳng gồm nhiều nguyên tử carbon kết nối với nhau.

Dresselhaus phát hiện các đặc tính của ống nano có thể thay đổi bằng cách điều chỉnh một số yếu tố như đường kính ống và thông qua tương tác với các ống khác. Nói một cách tổng quát hơn, bà đã đưa ra các nguyên tắc thiết kế vật liệu cho những cấu trúc dựa trên carbon. Để làm được điều này, bà đã so sánh tính chất của các tấm carbon chỉ dày một lớp nguyên tử với các tấm carbon chứa thêm những nguyên tố khác.

Vào những năm 1990, Dresselhaus bắt đầu thiết kế vật liệu nano “nhiệt điện” có thể tạo ra điện, với hy vọng biến nhiệt thải thành năng lượng có thể sử dụng được.

Ngày nay, vật liệu nano carbon xuất hiện trong mọi mặt của đời sống hằng ngày, từ pin sạc, phụ tùng ô tô, đồ thể thao cho đến vỏ tàu thuyền và bộ lọc nước.

“Nếu không có các đặc tính cơ học vượt trội của vật liệu carbon, chúng ta sẽ gặp khó khăn hơn nhiều trong việc triển khai các chương trình không gian. Độ bền, độ cứng và đặc tính tự phục hồi của vật liệu carbon giúp tàu vũ trụ đủ khả năng chống trọi với các yếu tố môi trường khắc nghiệt trong vũ trụ”, Dresselhaus cho biết.

Các nghiên cứu của Dresselhaus đã mở ra một thời đại mới của công nghệ nano carbon, giúp con người giảm kích thước một số mạch điện tử, thiết bị y tế và nhiều sản phẩm khác xuống quy mô phân tử.

Dresselhaus là phụ nữ đầu tiên trở thành giáo sư tại MIT (năm 1985) và nhận Huân chương Khoa học Kỹ thuật Quốc gia Mỹ (năm 1990). Bà đã nỗ lực không mệt mỏi để xóa bỏ rào cản đối với phụ nữ trong các ngành khoa học và kỹ thuật. Cụ thể, bà xây dựng một chương trình cho phép các nhà vật lý nữ có thể đến thăm những cơ sở đào tạo, cũng như gặp gỡ các sinh viên đại học và sau Đại học của MIT. Bà cũng thuyết phục các cơ sở nghiên cứu cải thiện chỗ ở và nơi sinh hoạt cho phụ nữ, đồng thời xóa bỏ tình trạng phân biệt đối xử trong quá trình nhập học.

“Khi tôi tới MIT, chỉ có 4% cán bộ nhân viên là phụ nữ. Nhưng đến thời điểm hiện tại, con số này đã tiến gần đến mốc 50%. Đó là một thành tích đáng kinh ngạc”, Dresselhaus chia sẻ với hãng truyền thông NPR trong một buổi phỏng vấn vào năm 2007.

“Tôi nghĩ rằng phụ nữ trẻ vẫn có cơ hội đạt được những thành công lớn nếu theo đuổi sự nghiệp nghiên cứu khoa học, bởi vì hai lý do: thứ nhất, công việc này rất thú vị, và thứ hai, bạn được đánh giá bởi những gì bạn làm chứ không phải trông như thế nào”, Dresselhaus nói.

Trong suốt sự nghiệp nghiên cứu khoa học của mình, Dresselhaus đã xuất bản hơn 1.700 bài báo, cũng như là đồng tác giả của tám cuốn sách. Mặc dù có kiến ​​thức rộng lớn và địa vị danh giá, nhưng bà luôn ghi chép những điều quan trọng vào sổ tay một cách chi tiết và gọn gàng trong hầu hết các buổi nói chuyện về vấn đề khoa học.

Dresselhaus là cố vấn cho hơn 60 nghiên cứu sinh tiến sĩ trong thời gian hơn 50 năm làm việc tại MIT. Các học trò nhận xét bà là một người ấm áp và sống tình cảm. Bà đã truyền cảm hứng cho các thế hệ nhà khoa học và kỹ sư thuộc nhiều lĩnh vực, đặc biệt là khoa học vật liệu.