David J. Lockwood

Ricercatore Emerito
Consiglio Nazionale per la Ricerca
Ottawa, Canada

Formazione scolastica:

• Laurea triennale, magistrale, dottorato di ricerca e dottorato di ricerca, Università di Canterbury
• DSc Università di Edimburgo

Focus del lavoro:

Il lavoro di ricerca di David è incentrato sulle proprietà ottiche dei materiali a bassa dimensionalità su scala nanometrica e si concentra sui punti quantici dei semiconduttori del Gruppo IV e III-V e sui nanofili e nanoanelli magnetici di metalli di transizione. La ricerca è finalizzata a fornire nuove tecnologie per migliorare le prestazioni dei dispositivi coinvolti nella comunicazione delle informazioni (ad esempio Internet) e nell'archiviazione delle informazioni (memorie digitali riscrivibili), e allo sviluppo di computer quantistici.

Consigli agli studenti:

Suggerirei di frequentare corsi di scienze generali o ingegneria all'università per scoprire quale area della nanotecnologia li attrae di più e poi procedere con una formazione di livello superiore in quell'area.    

Collegamenti:

  – Consiglio Nazionale per la Ricerca

Colloquio:

In quali campi tecnici delle nanotecnologie si applica meglio il tuo lavoro?
Lockwood:

• Nanomateriali
• Nanoottica, nanofotonica e nanooptoelettronica
• Nanomagnetismo

D: Quando hai scoperto per la prima volta che il tuo percorso professionale si concentrava sulle nanotecnologie?
Lockwood:  Forse, in modo un po' sorprendente, ho iniziato la ricerca nel campo delle nanotecnologie nel 1964, molto prima che la parola d'ordine "nano" prendesse piede. Stavo studiando per la mia tesi di Master la diffrazione della luce laser (ottenuta da un laser HeNe fatto in casa, che a quei tempi era uno "strumento" di ricerca nuovissimo) da colloidi asimmetrici dispersi in acqua che potevano essere allineati sotto l'azione di un suono intenso campo. Alcuni colloidi, ad esempio, erano a forma di ago e avevano diametri inferiori a 100 nm.      

D: A quali attuali applicazioni della nanotecnologia stai lavorando?  
Lockwood: Sto studiando sistematicamente le proprietà di emissione di luce della lega di silicio-germanio e dei punti quantici e dei fili quantistici di germanio per applicazioni nella fotonica del silicio basate sulla tecnologia CMOS del silicio esistente. Le caratteristiche della luminescenza ottenuta da queste nanostrutture possono essere facilmente alterate attraverso l'ingegneria della deformazione o del band gap, ad esempio, modificando opportunamente le loro condizioni di crescita. L'obiettivo generale è produrre una sorgente luminosa efficiente da questi materiali che possa essere facilmente integrata nei processi di fabbricazione di circuiti elettronici integrati esistenti (vedi sotto per maggiori dettagli).         

D: Qual è la cosa più gratificante nel lavorare con la nanotecnologia?
Lockwood: Da un punto di vista sperimentale, è molto affascinante e gratificante vedere come possiamo caratterizzare le proprietà fisiche di strutture così piccole che sono essenzialmente invisibili a occhio nudo. Esistono alcune tecniche come la microscopia elettronica a trasmissione che possono mostrarti come appaiono su scala quasi atomica, ma la maggior parte delle tecniche ottiche, ad esempio, sono essenzialmente macroscopiche. Eppure siamo stati in grado di osservare l’emissione di luce a temperatura ambiente da un singolo pozzo quantico di Si cristallino spesso solo 1 nm (due celle unitarie)! I nostri moderni strumenti di analisi sono così sensibili.    

D: C'è un esempio che puoi fornire che mostra come qualcosa su cui hai lavorato ha avuto un impatto positivo sul mondo?
Lockwood: La piena implementazione della fotonica del silicio nell'industria elettronica di oggi richiede idealmente una sorgente di luce laser basata sul silicio. Tali fonti non sono ancora disponibili, principalmente perché il silicio (o il germanio) ha un band gap indiretto. Abbiamo inventato dispositivi basati su pozzi quantici di silicio spessi nanometri, intervallati da biossido di silicio, che emettono luce rossa brillante a temperatura ambiente. I ricercatori giapponesi della Hitachi Ltd. hanno ora ripreso questa idea e prodotto, in un eroico progetto di ingegneria, un'emissione stimolata da una tale struttura. Con un ulteriore sviluppo tecnico, il tanto atteso laser al silicio potrebbe ora essere possibile. Un laser di questo tipo consentirà lo sviluppo di circuiti integrati ottici (o fotonici) completamente basati sul silicio in cui le informazioni vengono trasportate non dagli elettroni ma dalla luce (o fotoni). Questo circuito è necessario perché la velocità alla quale le informazioni possono essere trasmesse nei circuiti elettronici integrati ha raggiunto un limite regolato dalla resistenza elettrica nei cavi di collegamento. L’uso della fotonica supera questa barriera: ora le informazioni viaggeranno nei nostri dispositivi più velocemente che mai, alla velocità della luce! L’obiettivo finale è sostituire il calcolo elettronico con l’equivalente fotonico.   

D: In quali aree prevede che la futura commercializzazione delle nanotecnologie avrà il maggiore impatto positivo sul mondo?
Lockwood: Aggiornamenti alla rete di telecomunicazioni; lo sviluppo dei computer quantistici; e una salute personale notevolmente migliorata.

D: Qual è secondo te l'impatto più grande che la nanotecnologia ha avuto finora sul mondo?  
Lockwood: Lo sviluppo dell’elettronica moderna ha avuto un enorme impatto su ogni aspetto della nostra vita quotidiana. Dipendiamo completamente da computer di tutti i tipi, telefoni cellulari, dispositivi di assistenza personale nelle nostre tasche o borsette e nelle automobili e da Internet per comunicare informazioni di tutti i tipi. Niente di tutto ciò sarebbe stato possibile senza lo sviluppo del circuito integrato e gli sviluppi ingegneristici associati attraverso la nanotecnologia.    

D: Negli ultimi dieci anni, la nanotecnologia è uscita dai laboratori e sta avendo un impatto reale nella società. Hai lavorato a iniziative che hanno contribuito a commercializzare la nanotecnologia e hanno portato a nuovi prodotti o processi? Si prega di fornire un esempio.
Lockwood: Da molti anni dedico notevoli sforzi alla diffusione delle conoscenze acquisite nella ricerca e nello sviluppo delle nanotecnologie attraverso la pubblicazione di libri nella mia area di interesse (Fotonica del silicio) e su tutti gli aspetti delle nanotecnologie che ne coprono i fondamenti e le applicazioni (la mia serie di libri su Scienza e tecnologia delle nanostrutture).

D: La tua formazione universitaria ti ha aiutato nel tuo lavoro sulle nanotecnologie?
Lockwood: La formazione universitaria che ho ricevuto come fisico è stata piuttosto generale e ho scoperto che mi ha permesso di sviluppare le competenze e l'apprendimento necessari per svolgere un'ampia varietà di compiti sperimentali e teorici nelle aree delle nanotecnologie legate alle proprietà dei sistemi di materia condensata. e le loro applicazioni. Il mio lavoro di tesi di dottorato ha consolidato la mia esperienza nello studio delle proprietà ottiche dei nanosistemi.      

D: Hai un mentore? Lo hai fatto durante gli anni del college?
Lockwood: Non ho un mentore, ma ora faccio da mentore ad altri. Non avevo un mentore all'Università di Canterbury, ma il mio supervisore del dottorato, il professor Alister McLellan, mi fu di grande aiuto e mi diede essenzialmente mano libera per sviluppare il mio programma di ricerca sulla spettroscopia laser Raman, che includeva la co-supervisione del lavoro di un altro studente di dottorato.   

D: Se dovessi rifare tutto da capo, ti concentreresti ancora sulle applicazioni delle nanotecnologie?
Lockwood: Lavoro per il governo del Canada e quindi servo il pubblico canadese. Non potevo essere sicuro che avrei intrapreso la stessa strada se avessi dovuto rifare tutto da capo. Facciamo tutto ciò che le esigenze dei canadesi richiedono in quel momento e ci sono molte scelte da fare lungo il percorso. Ad esempio, avrei potuto contribuire alle questioni energetiche su larga scala piuttosto che alle aree delle nanotecnologie. 

D: Se uno studente delle scuole superiori o universitari fosse interessato alle nanotecnologie, che consiglio gli daresti per prepararsi ad assumere quei ruoli?
Lockwood: Suggerirei prima di frequentare corsi di scienze generali o di ingegneria all'università per scoprire quale area della nanotecnologia li attrae di più e poi procedere con una formazione di livello superiore in quell'area. Dovresti goderti il tuo allenamento. Trovare un buon supervisore e/o mentore è essenziale; chiedi in giro.