Alessandro Balandin

Professore di Ingegneria Elettrica
Cattedra, Scienza dei Materiali e Ingegneria

Università della California, Riverside
Programma di scienza e ingegneria dei materiali
Laboratorio di nanodispositivi (NDL) 
Riverside, California, Stati Uniti

Formazione scolastica:

• MS, Fisica applicata, Istituto di fisica e tecnologia di Mosca
• MS, Ingegneria Elettrica, Università di Notre Dame
• Ph.D., Ingegneria Elettrica, Università di Notre Dame
   

Focus del lavoro:

Balandin conduce ricerche sperimentali e teoriche legate alle nanotecnologie nel Nano-Device Laboratory, da lui organizzato nel 2000.

Consigli agli studenti:

“Il consiglio che do ai ragazzi che frequentano le scuole superiori adesso è il seguente: frequentate un campo di ingegneria e poi prendete una laurea specialistica – MS o meglio PhD”.

Collegamenti:

  – Università della California, Riverside – Laboratorio di nanodispositivi

Colloquio:  

D: Quando hai scoperto per la prima volta che il tuo percorso professionale si concentrava sulle nanotecnologie?
Balandin: Ho iniziato a concentrarmi sulla nanotecnologia nel 1993, quando mi sono iscritto all'Università di Notre Dame come studente laureato. Prima di allora, a Mosca, lavoravo sull’elettromagnetismo. Quando sono arrivato negli Stati Uniti, mi è stata data una scelta: posso continuare con l’elettromagnetismo, oppure posso passare a un argomento diverso, e l’argomento diverso era la nanotecnologia e le nanostrutture – i fili quantistici più specificamente.   

D: A quali attuali applicazioni della nanotecnologia stai lavorando?  
Balandin:Le mie attività di ricerca più recenti si concentrano sul grafene e sulle sue applicazioni nei dispositivi. Il grafene è un singolo strato atomico di atomi di carbonio. Stiamo cercando di utilizzare il grafene per costruire transistor a basso rumore e ad alta frequenza e per creare compositi altamente termicamente conduttivi, che potrebbero essere utilizzati come materiali di interfaccia termica per allontanare il calore dai circuiti elettronici. Lavoriamo anche con un nuovo sistema di materiali chiamato isolante topologico. Sono entrato nel campo degli isolanti topologici quasi per caso perché la mia motivazione originaria era diversa. Ho suggerito al mio studente di esfoliare il tellururo di bismuto, un materiale termoelettrico stratificato, seguendo l'analogia del grafene. Quando è riuscito in questo compito ci siamo resi conto che queste strutture, con spessore nanometrico, possono funzionare anche come isolanti topologici, che sono stati appena scoperti. Ho lavorato anche con i punti quantici, utilizzandoli per celle solari e applicazioni termoelettriche. I membri del mio gruppo continuano queste attività.      

D: Qual è la cosa più gratificante nel lavorare con la nanotecnologia?
Balandin: È gratificante perché combina la fisica con la tecnologia. Per me la fisica è una cosa più divertente da fare e, allo stesso tempo, la tecnologia è una cosa più pratica da fare. È anche più facile ottenere finanziamenti parlando di applicazioni pratiche nella tecnologia piuttosto che parlare di argomenti divertenti sulla fisica.

D: C'è un esempio che puoi fornire che mostra come qualcosa su cui hai lavorato ha avuto un impatto positivo sul mondo?
Balandin: Credo di aver avuto un impatto positivo sul mondo producendo ottimi dottorandi, che sono diventati persone felici. Dopo aver conseguito il dottorato di ricerca hanno trovato ottimi lavori ben retribuiti, con un impiego molto sicuro.     

D: Qual è secondo te l'impatto più grande che la nanotecnologia ha avuto finora sul mondo?  
Balandin: La risposta a questa domanda dipende dalla definizione di nanotecnologia utilizzata. In termini di tecnologia convenzionale, che è il CMOS al silicio, la nanotecnologia è ovunque nei chip dei computer dal 2000 circa. Questo perché la definizione comune di nanotecnologia è la tecnologia che si occupa di strutture di 100 nm o più piccole, lungo almeno una dimensione. Nella nuova generazione di transistor CMOS la dimensione è già di 22 nanometri. In questo senso, la nanotecnologia è presente nei computer, nei telefoni cellulari e in altre applicazioni comuni. Questo è l’impatto più grande finora.   

D: Per favore, fornisca un esempio di ciò che prevede che le applicazioni nanotecnologiche porteranno in futuro. 
Balandin: Vorrei menzionare la tecnologia non convenzionale – quando si passa dal basso verso l’alto o all’autoassemblaggio – questa tecnologia è ancora in fase di sviluppo. Credo che avrà un grande impatto sull’energia. L’energia è una questione importante, in particolare l’energia rinnovabile. Disponiamo della tecnologia per produrre energia attraverso celle solari fotovoltaiche e dispositivi termoelettrici, ma non li utilizziamo molto ampiamente. Perché? Questo perché l'efficienza della conversione dell'energia fotovoltaica o termoelettrica è molto bassa. Questa efficienza è determinata dai materiali che utilizziamo. Con la nanotecnologia è possibile personalizzare le proprietà dei materiali, ad esempio il modo in cui la luce interagisce con un materiale, o il modo in cui gli elettroni interagiscono con i fononi – quanti di vibrazioni reticolari che trasportano il calore. È qui che credo che ci sarà il maggiore impatto delle nanotecnologie. Anche le applicazioni mediche saranno influenzate, ma non sono un esperto in campo medico per fornire esempi specifici.    

D: Ti ritrovi a lavorare di più in una situazione di squadra o più da solo?
Balandin: Per il mio lavoro e per i miei studenti cerco sempre di trovare un equilibrio tra lavoro individuale e di squadra. Continuo a dire ai miei studenti che i risultati della ricerca del nostro gruppo devono essere maggiori della somma dei risultati individuali. Dico sempre loro di parlarsi e di aiutarsi a vicenda nei progetti. Ma alla fine, dovrebbe esserci una persona che prende l’iniziativa.     

D: Se lavori di più in squadra, quali sono le altre aree di competenza dei membri del tuo team?   
Balandin: Nel mio caso è un po' insolito, perché personalmente mi occupo sia di teoria che di esperimenti. Per quanto riguarda i membri del mio gruppo, molti di loro hanno un focus particolare, uno è più bravo nelle camere bianche, un altro è più bravo nelle misurazioni termiche, qualcun altro è più bravo nella microscopia. Quello che sto cercando di fare è far sì che tutti abbiano una certa esposizione a varie tecniche sperimentali. Inoltre, quando fanno ricerca sperimentale, li spingo a fare almeno qualche simulazione, utilizzando strumenti commerciali adottati dall'industria. Sto cercando di migliorare la loro commerciabilità per un lavoro futuro dando loro una prospettiva più ampia.  

D: La tua formazione universitaria ti ha aiutato nel tuo lavoro sulle nanotecnologie?
Balandin: La mia esperienza universitaria presso l'Istituto di fisica e tecnologia di Mosca (MIPT) è stata molto utile. Era un'istituzione davvero eccezionale in cui avevamo molti studi fondamentali, che a quel tempo forse non avevo apprezzato appieno. Ora capisco quanto fosse importante. L'apprendimento dei fondamenti ti consente più avanti nella tua carriera di cambiare argomento. Una volta compresi i fondamenti, puoi imparare in tempi relativamente brevi qualunque cosa ci sia di nuovo là fuori. In questo momento c’è una sfortunata tendenza negli Stati Uniti e in altri paesi a una specializzazione ristretta. A volte gli studenti arrivano alle scuole di specializzazione con enormi lacune nelle loro conoscenze fondamentali. È difficile fare ricerca sulle nanostrutture dei semiconduttori se non si conoscono la fisica dello stato solido e la meccanica quantistica. Anche a livello universitario, gli studenti a volte non conoscono la matematica; non sanno come prendere un integrale. Se non hai un’istruzione fondamentale, è un grosso problema.

D: Hai un mentore? Lo hai fatto durante gli anni del college?
Balandin: Ho avuto dei mentori, ma forse non abbastanza presto che mi avrebbero aiutato molto. Di conseguenza, ho dovuto fare ulteriori passi e fluttuare di più, invece di rivolgermi a qualcuno che avrebbe potuto aiutarmi subito. Ora capisco quanto sia importante avere un mentore. Il consiglio per gli studenti: prendetene uno!   

D: Se dovessi rifare tutto da capo, ti concentreresti ancora sulle applicazioni delle nanotecnologie?
Balandin: Non lo so. È difficile dirlo, ma probabilmente sì. Anche se mia madre credeva che avessi più potenziale nei campi umanitari: letteratura o teatro. I miei primi anni di scuola superiore avevano altri fattori che le persone potrebbero non avere adesso. 

D: Che consigli hai per gli studenti pre-universitari?
Balandin: Per quanto mi riguarda, ad un certo punto del liceo ho iniziato a leggere molta fantascienza. Ero entusiasta della fantascienza, dell'esplorazione spaziale e leggevo molti libri. La fantascienza ha stimolato il mio interesse per la fisica, e dalla fisica ho iniziato a dedicarmi più seriamente alla matematica. In Russia avevamo scuole per corrispondenza, solitamente organizzate dalle università. Mentre studiavo al liceo, ho superato gli esami di ammissione alla scuola per corrispondenza del MIPT e ho avuto modo di affrontare problemi di matematica e fisica molto più complicati e compiti a casa. Questa esperienza mi ha aiutato molto e mi ha preparato per la formazione universitaria.

Il consiglio che ho ai ragazzi che frequentano le scuole superiori adesso è il seguente: frequentate un campo di ingegneria e poi ottenete una laurea avanzata – MS o meglio PhD.

Suggerirei anche di considerare le specializzazioni che, per qualche motivo, non sono sufficientemente enfatizzate in questo paese. Un buon esempio è la laurea in scienza e ingegneria dei materiali (MS&E). Tradizionalmente, le persone conoscono l'ingegneria elettrica, l'informatica e l'ingegneria meccanica. La maggior parte delle persone, quando pensano a una stazione spaziale o a un telefono cellulare, pensano all’ingegneria elettrica. Tuttavia al centro di tutte le cose high-tech ci sono i materiali. 

Quando pianificano l'istruzione, incoraggerei gli studenti a pensare a quale lavoro avranno. Ho amici i cui figli frequentano l'università adesso. Molto spesso, quando chiedo ai ragazzi o ai loro genitori che tipo di lavoro avranno con una laurea in una specializzazione molto fantasiosa che hanno selezionato, hanno difficoltà a rispondere.