Paolo Lugli

Direttore dell'Istituto di nanoelettronica 

Università tecnica di Monaco
Istituto per la nanoelettronica
Monaco, Germania

Formazione scolastica:

• Laurea in Fisica, Università di Modena, Italia
• MS, Ingegneria Elettrica, Colorado State University
• Dottorato di ricerca, ingegneria elettrica, Colorado State University

Focus del lavoro:

Lugli dirige l'Istituto di nanoelettronica dell'Università tecnica di Monaco, in Germania.

Consigli agli studenti:

Suggerirei di coinvolgere gli studenti in attività che consentano loro di lavorare insieme, come le gare di robotica.    

Collegamenti:

  – Università tecnica di Monaco, Istituto di nanoelettronica

Colloquio:

D: Quando hai scoperto per la prima volta che il tuo percorso professionale si concentrava sulle nanotecnologie?
Lugli: Molto presto, in realtà! Durante i miei studi di dottorato, facevo simulazioni - simulavamo cose che all'epoca non esistevano, tra il 1980 e l'85, e ci occupavamo di due cose: Uno era il fenomeno ultrarapido, per il quale all'epoca non esisteva alcun esperimento. In secondo luogo, stavamo osservando oggetti molto piccoli. All'epoca li chiamavamo sub-micrometri, non nanometri, ma erano esattamente la stessa cosa. Quindi, in pratica, fin dall'inizio della mia carriera ero già coinvolto nella nanoelettronica.      

D: A quali attuali applicazioni della nanotecnologia stai lavorando?  
Lugli: I miei attuali interessi di ricerca riguardano la modellazione, la fabbricazione e la caratterizzazione di dispositivi organici per applicazioni elettroniche e optoelettroniche, la progettazione di circuiti organici, la simulazione numerica di dispositivi semiconduttori a microonde e lo studio teorico dei processi di trasporto nelle nanostrutture. Per dispositivi organici intendo dispositivi polimerici, elettronici o optoelettronici basati su polimeri. Ci occupiamo di fabbricazione, caratterizzazione, modellazione e teoria. Dato che faccio parte del dipartimento di ingegneria elettronica, ci occupiamo anche di progettazione di circuiti e dell'architettura di come i nanodispositivi potrebbero essere utilizzati in futuro. Potrebbe essere un modo molto diverso di costruire i circuiti e i sistemi attuali. Più di recente, ci stiamo muovendo nel settore dell'energia, in particolare nel fotovoltaico e nella fotocatalisi, sia dal punto di vista sperimentale che teorico. Inoltre, ci occupiamo anche di nanoimprinting e nanotrasferimenti, un modo per strutturare la superficie o fabbricare nanostrutture utilizzando lo stampaggio. Questo coinvolge i dispositivi organici e la ricerca sull'energia: in pratica mette insieme tutto.         

D: Qual è la cosa più gratificante nel lavorare con la nanotecnologia?
Lugli: Si tratta soprattutto dell'idea che la nanotecnologia e la nanoelettronica siano davvero multidisciplinari. Ad esempio, per la più recente ricerca sull'energia che abbiamo avviato, abbiamo dovuto entrare in contatto con molti chimici, con i quali normalmente non lavoriamo molto. È un mondo completamente diverso, una comunità diversa con "linguaggi" diversi, e questo è molto stimolante. E anche perché, soprattutto in questi campi, dove sono necessarie molte competenze, si vede la possibilità di fare qualcosa di nuovo applicando le cose che si conoscono. Certo, poi bisogna imparare o capire le altre cose che non si conoscono, ma questo è uno degli aspetti più interessanti.

Il secondo aspetto, che ritengo molto interessante soprattutto di questi tempi, è la possibilità di avviare piccole imprese. Ci sono molti spin-off nati dal lavoro all'università e molte start-up che hanno avuto molto successo. Questo è molto attraente per i giovani, perché genera posti di lavoro. Credo quindi che queste siano le due aree in cui la nanotecnologia è un campo molto, molto interessante.    

D: C'è un esempio che puoi fornire che mostra come qualcosa su cui hai lavorato ha avuto un impatto positivo sul mondo?
Lugli: No... in realtà ho fatto molte cose che credo abbiano contribuito allo sviluppo della scienza e della tecnologia, sia dal punto di vista sperimentale sia dal punto di vista teorico. Quindi credo che il mio lavoro sia stato più incrementale, non ha portato a nulla di rivoluzionario. Da un lato, quindi, questo è stato piuttosto deludente, ma ci sto lavorando. Quindi no, non direi che sono stato in grado di cambiare o di avere un impatto sul mondo, ma ho avuto un impatto incrementale.   

D: Qual è secondo te l'impatto più grande che la nanotecnologia ha avuto finora sul mondo?  
Lugli: Nel complesso, credo che la nanotecnologia sia in un certo senso piuttosto deludente. Non ha portato ai risultati che molti si aspettavano, soprattutto guardando agli investimenti. Sono un ingegnere elettrico e un fisico, quindi guardo più che altro all'impatto sulla nanoelettronica. Ogni chip in ogni computer è già su scala nanometrica - ci sono miliardi di dispositivi con una lunghezza di pochi nanometri. Quindi, in un certo senso, si tratta di nanotecnologia, ma in modo incrementale, quindi le cose sono diventate sempre più piccole. Ma il modo in cui funzionano, ad esempio un transistor in un chip, è esattamente quello di molti anni fa, quando erano molto più grandi. Ci sono molte aspettative, molto lavoro e articoli pubblicati, ma in realtà i risultati sono piuttosto scarsi. 

Se si guarda non solo all'elettronica, ma anche ai materiali, ci sono cose come le creme solari che sono certamente un successo della nanotecnologia. Questo potrebbe essere portato molto più avanti, ad esempio nelle pareti o nelle superfici autopulenti.    

D: Per favore, fornisca un esempio di ciò che prevede che le applicazioni nanotecnologiche porteranno in futuro. 
Lugli: Per il futuro le aspettative sono molto alte, ad esempio per quanto riguarda l'energia. Questo è uno dei motivi per cui ho iniziato a lavorare in questo campo. Molti Paesi - ad esempio la Germania - hanno deciso di chiudere tutte le centrali nucleari entro 10 anni. Si tratta di una quantità di energia che dovremo fornire possibilmente con energie rinnovabili, ma l'efficienza di questo sistema è semplicemente troppo bassa. E un Paese come la Germania non ha molto sole, quindi non può passare completamente al fotovoltaico. La speranza è quindi che attraverso le nanotecnologie e la nanoelettronica si riesca a generare energia dal sole, che ha energia sufficiente per miliardi di anni. E quando il sole smette di splendere, noi smettiamo di vivere, quindi non è un problema. Tuttavia, dobbiamo trovare soluzioni molto innovative che non esistono. L'energia, quindi, è un argomento su cui credo che le nanotecnologie possano avere un impatto, e spero che lo avranno. 

La biologia e la medicina sono un altro campo in cui le nanotecnologie dovrebbero avere un impatto. Ad esempio, un aspetto che si sta già rivelando positivo sono i biosensori e lo screening del DNA. Ora è possibile effettuare uno screening del DNA in poche ore, mentre prima ci voleva un mese. E questo coinvolge molte tecnologie che derivano dall'elettronica dei semiconduttori, che è stata anche applicata. Ma la diagnostica, la medicina, il trattamento del cancro con le nanoparticelle, la somministrazione di farmaci: queste sono le applicazioni che arriveranno più presto e che probabilmente avranno un impatto molto grande.        

D: Ti ritrovi a lavorare di più in una situazione di squadra o più da solo?
Lugli: Come ho detto prima, con la natura interdisciplinare delle nanotecnologie, nessuno può fare le cose da solo. In effetti, in molte università ci sono molti centri che mettono insieme persone con background diversi. Anche in un progetto incentrato sulle applicazioni elettroniche, è necessario un team. I diversi studenti che lavorano su aspetti diversi devono lavorare insieme e, naturalmente, parlare tra loro. Inoltre, devono sempre cercare la collaborazione con altri dipartimenti e università, e anche questa è una sorta di lavoro di squadra. Soprattutto nel campo dell'ingegneria, abbiamo un legame con l'industria. Che si tratti di piccole o grandi industrie, non importa, ma almeno vediamo le possibili applicazioni del nostro lavoro, e anche questo è un altro aspetto del lavoro di squadra.  

D: Se lavori di più in squadra, quali sono le altre aree di competenza dei membri del tuo team?   
Lugli: Fisici, chimici, scienziati dei materiali, ingegneri elettrici e meccanici: deve esserci un team di persone in grado di dialogare tra loro.      

D: La tua formazione universitaria ti ha aiutato nel tuo lavoro sulle nanotecnologie?
Lugli: Sì e no. È successo quasi 30 anni fa, quindi le cose sono cambiate. Nel mio caso, però, sì. Avere una combinazione di fisica ed elettrotecnica mi ha aiutato molto, vista la natura interdisciplinare delle nanotecnologie. Quello che cerco di fare ora con i miei studenti nei corsi di laurea è di farli pensare in modo ampio, anche se lavorano su un progetto specifico. Devono vedere il quadro globale e avere gli strumenti per passare semplicemente da un problema all'altro, cosa sempre più difficile. Nel mio caso, quindi, ho avuto la fortuna di avere un ambiente molto stimolante, un ottimo consulente e molti colleghi studenti che mi hanno aiutato molto.      

D: Hai un mentore? Lo hai fatto durante gli anni del college?
Lugli: Ho sempre riconosciuto la necessità di averne uno. Ho avuto due buoni mentori, uno in Italia per il mio bachelor e uno negli Stati Uniti. In seguito sono stato praticamente sempre da solo, il che ha i suoi vantaggi, perché decidi la tua direzione, decidi cosa imparare e quando vuoi andare in un'altra direzione, lo fai e basta. Ma sì, credo di essere stato abbastanza fortunato. E mi ha aiutato anche la possibilità di adattare le situazioni a ciò che volevo.   

D: Se dovessi rifare tutto da capo, ti concentreresti ancora sulle applicazioni delle nanotecnologie?
Lugli: Recentemente sono stato a una riunione di vecchi amici a Fort Collins, dove mi sono laureato 30 anni fa. Lì mi sono posto la stessa domanda: lo rifarei, e lo rifarei nel modo in cui l'ho fatto? Per esempio, prima di finire il dottorato, nel 1984, l'economia degli Stati Uniti andava molto bene, soprattutto nell'industria elettronica. C'erano molte opportunità nelle università, che ti inducevano a rimanere negli Stati Uniti: molti miei amici lo facevano. Ho ottenuto un posto di ricercatore a tempo indeterminato all'Università di Modena, in Italia, e ho deciso di tornare. Sarei stato felice di lavorare negli Stati Uniti, ma in qualche modo mi sarei perso troppe cose, quindi ho deciso di tornare. Poi, circa 3 anni dopo, ho dovuto trasferirmi a Roma, cosa che non era affatto prevista. A quel tempo, sebbene Roma sia meravigliosa, è molto difficile viverci. Il mio trasferimento a Monaco era più o meno pianificato. Ovviamente ci sono molte cose che penso avrei potuto fare un po' meglio, ma mi sarei comunque concentrato su questi campi. 

D: Se uno studente delle scuole superiori o universitari fosse interessato alle nanotecnologie, che consiglio gli daresti per prepararsi ad assumere quei ruoli?
Lugli: La nanotecnologia può essere tante cose diverse. Ho due figli di 15 e 18 anni. Uno finirà la scuola superiore l'anno prossimo; all'altro mancano ancora due anni. Molto probabilmente andranno all'università. Sanno cosa sto facendo; non cerco di spingerli, ma dico loro dove sono le opportunità. Guardo i miei figli ed è incredibile che abbiano le capacità che hanno con i software, le apparecchiature elettroniche e altri strumenti. 

Suggerirei agli studenti di partecipare ad attività in cui possono lavorare insieme, come le gare di robotica. Inoltre, alcuni musei, come il Deutsches Museum di Monaco di Baviera, ospitano mostre sulle nanotecnologie. Abbiamo anche un grande cluster di ricerca che si chiama Nanosystems Initiative Munich. Ogni anno organizzano quello che chiamiamo "Nanoday", un evento quotidiano per bambini, scuole e famiglie, con il coinvolgimento di tutte le università. Per le strade si costruiscono celle solari con gli spinaci o i mirtilli, e questa è una grande opportunità per gli studenti pre-universitari di essere coinvolti. E questo aiuta molto perché anche i media vengono coinvolti, migliorando così la comprensione generale dell'importanza delle nanotecnologie. 

Penso che l'ingegneria dovrebbe entrare nelle scuole superiori, o almeno qualcosa di pratico, a seconda del budget. All'università, ho deciso di provare a implementare qualche attività pratica in ogni corso che insegno. Naturalmente, 50 studenti sono il limite per poterlo fare davvero, se ne avete centinaia, lasciate perdere, se ne avete meno, va benissimo. Così non sentono solo parlare di cose, ma le fanno.