Le Et si ? Sifflement

Mildred Dresselhaus a été convoquée au bureau ovale en mai dernier pour ce qui devait être une audience de cinq minutes avec le président. Mais après qu'Obama l'a félicitée, ainsi qu'un collègue physicien, pour avoir remporté le prix Enrico Fermi, qui récompense des contributions exceptionnelles à la science de l'énergie, ils ont parlé du réchauffement climatique et de l'importance de la science fondamentale. Avant qu'ils ne s'en rendent compte, une demi-heure s'était écoulée. Il a laissé tout son emploi du temps aller au pot, dit-elle. En septembre, elle s'est rendue à Oslo pour dîner avec le roi de Norvège Harald et a reçu le prix Kavli d'un million de dollars en nanosciences.

Lorsqu'on lui a demandé quel travail elle aimait le plus, Dresselhaus a répondu : La chose sur laquelle je travaille maintenant. Et cela ne cesse de changer.

Tous ces prix que j'ai reçus récemment… ça m'a fait penser : « Oh, je vais continuer encore quelques années », dit Dresselhaus, 82 ans, qui a écrit ou co-écrit 39 articles en 2012. Je suis à la retraite depuis un long moment. Je suis officiellement à la retraite maintenant. Mais je ne suis pas vraiment à la retraite. En fait, sept jours sur sept, la professeure émérite de l'Institut de physique et de génie électrique est dans son bureau du bâtiment 13 à 6 h 30 ; jusqu'à récemment, elle et son mari, le professeur de physique à la retraite Gene Dresselhaus, arrivaient chaque matin à 5h30. Elle aime rester au courant des plus de 100 e-mails quotidiens de collègues et d'anciens étudiants - invitations à des événements, mises à jour sur les carrières et la vie personnelle, et demandes de commentaires sur leurs recherches. Les collègues la considèrent comme la personne de référence lorsqu'ils ont fait une découverte intéressante mais ne savent pas quoi en faire.

Elle brosse le volume de sa correspondance comme typique d'un professeur du MIT. Mais il n'y a pas grand-chose de typique chez Millie, comme presque tout le monde l'appelle.

Pionnier de la nanoscience, Dresselhaus a été l'un des premiers scientifiques à imaginer qu'il était possible de fabriquer des nanotubes de carbone, qui sont remarquablement solides et conduisent mieux la chaleur et l'électricité que le carbone ne le fait généralement. Elle a été la première à exploiter l'effet thermoélectrique à l'échelle nanométrique pour récolter efficacement l'énergie des différences de température dans les matériaux conducteurs d'électricité. Les contributions de Millie sont vastes, déclare James Tour, un éminent chercheur en nanotechnologie et professeur à l'Université Rice. Elle est responsable d'une grande partie de ce que nous savons sur les méthodes de définition et de caractérisation des matériaux carbonés, notamment le graphite, le graphène et les nanotubes de carbone.

En cours de route, Dresselhaus a également été directeur de l'Office of Science du département américain de l'Énergie, trésorier de la National Academy of Sciences et président de l'American Association for the Advancement of Science et de l'American Physical Society, pour ne citer que quelques-uns de ses rendez-vous parascolaires. Lauréate de la National Medal of Science et récipiendaire de 28 doctorats honorifiques, elle a contribué à façonner la physique moderne tout en accompagnant plus de 60 doctorants au MIT et en élevant quatre enfants à une époque où les mères devaient souvent rester à la maison.

Les avantages de l'adversité
Au début de Dresselhaus, les femmes étaient souvent activement découragées de poursuivre des carrières scientifiques. Elle dit qu'Andrew Lawson, son directeur de doctorat à l'Université de Chicago, pensait que les femmes n'avaient pas leur place dans la science et ne savaient même pas sur quoi elle travaillait jusqu'à deux semaines avant de remettre sa thèse. Mais elle n'était pas étrangère à l'adversité, ayant grandi dans un quartier pauvre du Bronx pendant la Dépression. Dresselhaus excellait dans la musique et les universitaires ; à six heures, elle prenait seule le métro pour prendre des cours de violon. Au Hunter College, la professeure de physique (et future lauréate du prix Nobel) Rosalyn Yalow a reconnu et encouragé son don pour la science.

Après avoir fréquenté l'Université de Cambridge sur un Fulbright et obtenu une maîtrise à Radcliffe, Dresselhaus s'est rendue à l'Université de Chicago en 1953. Là, en tant qu'étudiante en première année de doctorat, elle s'est souvent retrouvée à marcher sur le campus aux côtés du grand physicien Enrico Fermi dans la dernière année de sa vie. (Nous avons parlé de ce il voulait parler, dit-elle. J'étais un jeune très timide et je ne penserais pas à suggérer le sujet à Enrico Fermi.) Cette année de conversations a contribué à façonner Dresselhaus en tant que scientifique. Il était toujours prêt à affronter l'inconnu, se souvient-elle. Il posait toujours des questions sur « Et si ceci et ceci et cela était vrai ? Et si nous pouvions faire cela, serait-ce intéressant et que pourrions-nous apprendre ? »

Abandonnée par son conseiller, Dresselhaus a cherché d'autres étudiants et professeurs comme caisses de résonance pour de telles questions alors qu'elle développait sa thèse sur le magnétisme et la supraconductivité, réutilisant l'équipement récupéré pour mener ses expériences. J'ai fait ma thèse de manière très indépendante, donc quand j'ai fini, j'étais une sorte de créature plus indépendante que la moyenne, dit-elle. Je crois que l'adversité peut conduire à des avantages.

L'attrait du carbone
Dresselhaus a épousé Gene, un autre physicien de l'Université de Chicago, en 1958 et l'a accompagné à Cornell, où il faisait partie de la faculté et elle était postdoctorante. Leur fille, Marianne '81, y est née en 1959. À l'époque, seuls deux endroits dans le pays embauchaient une paire de scientifiques mariés : IBM et le MIT. Ainsi, en 1960, ils sont tous deux allés travailler à la division Solid State du Lincoln Laboratory, qui faisait des recherches sur la physique des solides et les applications potentielles des solides pour l'armée. Le directeur de division Ben Lax, PhD '49, pensait qu'une théorie récente de la supraconductivité ne laissait aucun autre mystère à résoudre, il a donc demandé à Dresselhaus de faire des recherches sur autre chose.

La reine du carbone, comme on l'appelle, met en place une expérience et donne une conférence (ci-dessous).

Forcé de changer de vitesse, Dresselhaus a décidé de se concentrer sur le carbone, et en particulier sur la structure électronique du graphite, la forme douce et conductrice d'électricité du carbone qui remplit les crayons. Son objectif : explorer comment il agit au niveau le plus fondamental.

Elle est devenue l'une des premières scientifiques à utiliser des lasers pour observer le comportement des électrons dans des champs magnétiques élevés. Un tel travail était considéré comme difficile, et la structure électronique du graphite était alors considérée comme très complexe. Elle avait donc essentiellement le terrain pour elle-même. Il y avait trois journaux par an dans le monde, et je pense qu'ils étaient presque tous à moi, se souvient-elle. En 1964, elle avait quatre enfants de moins de six ans, donc le manque de pression concurrentielle s'est avéré utile alors qu'elle jonglait avec les exigences de la recherche et de la maternité.

En 1967, Dresselhaus a été invité à servir pendant un an en tant que professeur invité au MIT. La philanthrope Abby Rockefeller Mauzé avait créé un fonds pour soutenir une femme professeur dans une matière dans laquelle les femmes étaient sous-représentées ; les femmes dans les sciences physiques étaient extrêmement rares, donc Dresselhaus était un shoo-in. Elle a rapidement été embauchée à temps plein, dit-elle, parce que personne d'autre n'était disposé à enseigner la physique aux étudiants en génie. Elle l'était, même si un membre senior du corps professoral de Cornell lui avait dit que les femmes ne peuvent pas enseigner aux ingénieurs. Dresselhaus a développé un cours axé sur la physique des problèmes d'ingénierie pratiques et réels. Les cours qu'elle a commencés—la version moderne de 6.732 (Physique des solides) et ce qui est devenu 6 730 (Physics for Solid State Applications) - sont encore enseignées aujourd'hui, et elles sont toujours basées en grande partie sur ses notes originales.

Elle a également poursuivi ses recherches sur le carbone, et dans les années 1970, elle s'est penchée plus profondément sur le graphite. C'est un matériau en couches dont les plans sont très faiblement liés, et Dresselhaus a voulu en savoir plus sur les propriétés de ces couches individuelles. Elle et ses étudiants ont essentiellement séparé les couches en plaçant différentes molécules entre elles, puis ont mesuré des éléments tels que leurs propriétés électriques et magnétiques. Ce travail s'est avéré si fertile que le laboratoire de Dresselhaus a attiré des étudiants de cinq départements différents bien avant que la recherche interdisciplinaire ne devienne populaire. Il a abouti à environ deux douzaines de thèses dans les années 1980 et a contribué à jeter les bases de la recherche en cours aujourd'hui sur le graphène, des feuilles de graphite d'un seul atome d'épaisseur qui pourraient servir de matériau conducteur solide et très efficace.

Ses premiers travaux sur le graphite contenaient la plupart de ce qui est maintenant redécouvert dans le cas du graphène, explique Phaedon Avouris, membre d'IBM et responsable de la science et de la technologie à l'échelle nanométrique au Thomas J. Watson Research Center de Yorktown Heights, New York.

Le fond tombe du navire
Presque tous les travaux qui ont fait bourdonner le laboratoire de Dresselhaus ont nécessité l'utilisation du laboratoire à champ magnétique élevé du MIT, financé par la National Science Foundation. Mais en 1990, la NSF a transféré son financement à la Florida State University – et Dresselhaus n'avait aucun intérêt à se diriger vers le sud.

Bien qu'elle ne préconise pas de rechercher l'adversité, il est essentiel d'apprendre à fonctionner lorsque le fond tombe du navire sur lequel vous vous trouvez et que vous devez passer à un autre, dit-elle. Le réexamen de qui vous êtes et de ce que vous voulez faire est très précieux. Tous les 20 ans environ, c'est probablement la meilleure chose qui puisse arriver. Quand c'est arrivé à Dresselhaus en 1990, elle s'est rabattue sur ses conversations précédentes avec Fermi pour savoir quoi faire ensuite. Vous gardez un peu ce que vous appelez votre position de sécurité, dit-elle. Mais ensuite, vous consacrez 90 % de vos efforts à démarrer la nouvelle chose que vous ne connaissez pas.

Elle en savait beaucoup sur le carbone. Mais en continuant à poser des questions à ce sujet, elle est allée dans des directions inconnues. En 1990, lors d'un atelier du ministère de la Défense sur la recherche sur les matériaux carbonés, elle et le physicien de Rice, Richard Smalley, discutaient de la façon dont l'ajout d'un anneau de 10 atomes de carbone à un buckyball (la molécule C60 en forme de ballon de football) le transforme en C70, un Balle. Cela a conduit à l'idée d'étirer davantage ces boules dans ce que l'on appellerait des nanotubes de carbone à paroi unique, des cylindres enroulés de carbone d'un atome d'épaisseur. En 1992, Dresselhaus a écrit un article avec son mari et ses collègues Riichiro Saito et Mitsutaka Fujita affirmant qu'il serait possible de fabriquer des nanotubes de carbone semi-conducteurs ou métalliques - qui auraient des propriétés très différentes - simplement en modifiant très légèrement leur géométrie. Cette idée était surprenante, mais finalement correcte. En 1994, elle faisait des recherches sur les propriétés des nanotubes dans son laboratoire. C'était un grand pas en avant, dit-elle. Les nanotubes étaient en quelque sorte la première chose vraiment nano.

En 1992, Dresselhaus a lancé un autre effort de recherche lorsque la marine américaine a demandé de l'aide pour déterminer comment générer de l'énergie silencieusement et de manière invisible - sans combustion, sans échappement ni bulles - pour propulser les sous-marins en mode furtif. Cette demande l'a amenée à réfléchir à l'effet thermoélectrique, un phénomène qui convertit les différences de température en tension dans certains matériaux. La récolte de cette énergie s'est toujours avérée délicate car elle nécessite une faible conductivité thermique (pour maintenir la différence de température) et une conductivité électrique élevée (afin que la tension générée par la différence de température puisse circuler). Mais l'augmentation de la conductivité électrique augmente généralement la conductivité thermique, tandis que l'abaissement de la conductivité thermique diminue également la conductivité électrique. En concevant le matériau conducteur à l'échelle nanométrique, elle a trouvé un moyen de contrôler la conductivité thermique et électrique de manière beaucoup plus indépendante, donnant naissance au nouveau domaine de la nanothermoélectricité. Les dispositifs thermoélectriques peuvent exploiter un gradient de température (peut-être causé par la chaleur perdue ou la lumière du soleil) pour générer de l'électricité, ou utiliser l'électricité pour chauffer ou refroidir sans pièces mobiles. L'importance potentielle de tels dispositifs est donc énorme. Aujourd'hui, Dresselhaus collabore avec Gang Chen, qui dirige le Centre de conversion d'énergie solaire-thermique à semi-conducteurs du MIT, sur des recherches visant à améliorer l'efficacité des matériaux thermoélectriques.

Bien que cela ait semblé un peu traumatisant pour ses étudiants lorsqu'elle a dû changer d'orientation de recherche, les deux nouvelles orientations ont porté leurs fruits. La chose la plus fructueuse est de changer, dit-elle.

Certains jours, ce n'est pas si facile
Dresselhaus a surmonté le traumatisme d'avoir à changer de direction dans ses recherches avec un minimum d'agitation. Mais tout au long de sa carrière, elle a également dû relever le défi d'être simplement une femme dans un domaine dominé par les hommes. Quand elle est arrivée au Lincoln Laboratory, la fille de Dresselhaus était un bébé ; le fait d'avoir trois autres enfants au cours des cinq prochaines années ne l'a pas fait aimer de son patron, qui, selon elle, considérait quatre enfants comme excessifs. Pour les naissances de ses trois fils, Dresselhaus a pris au total cinq jours de congé de maternité. (L'une est née un long week-end, se souvient-elle ; une autre est arrivée un jour de neige.) Armée d'un épais coussin pour conduire, elle s'est immédiatement remise au travail.

Lorsqu'elle a commencé à enseigner au MIT en 1967, seulement 4 pour cent des étudiants du MIT étaient des femmes (45 pour cent le sont maintenant), et le pourcentage de femmes membres du corps professoral était encore plus faible. Quand vous êtes tellement en infériorité numérique et que vous ne voyez tout simplement pas d'autres femmes professeurs, vous vous demandez si vous avez une chance, si vous êtes à votre place, dit-elle. Certains jours, ce n'est pas si facile de continuer. Certains jours, vous pourriez être assez découragé à ce sujet.

Aujourd'hui, Dresselhaus trouve encore le temps de jouer du violon ou de l'alto presque quotidiennement et n'a aucun intérêt à prendre sa retraite. Elle dit que son travail l'emmène dans tellement d'endroits intéressants que c'est comme si j'avais des vacances tous les mois.

Mais son mari l'encouragea à persévérer. Elle avait aussi une baby-sitter fiable. (J'étais son ticket pour les études collégiales pour ses enfants, dit-elle. Nous avons eu une bonne collaboration.) Sa persévérance a non seulement conduit à des recherches remarquables, mais a également contribué à changer les attitudes à l'égard des femmes scientifiques. En fait, dit-elle, son directeur de thèse s'est finalement excusé de l'avoir ignorée et l'a invitée à donner une conférence distinguée dans son université. Les gens changent, dit-elle. Il est donc important pour nous de continuer, car nous avons une bonne influence. Ce n'était pas si difficile de le changer.

Au MIT, Dresselhaus a utilisé une partie de l'allocation fournie avec sa chaise Abby Rockefeller Mauzé pour financer des événements destinés à soutenir les femmes. Pendant environ 45 ans, elle a rencontré presque quotidiennement de petits groupes de femmes pour discuter des situations problématiques auxquelles elles étaient confrontées au MIT. Lorsqu'elle travaillait au Bureau des sciences du ministère de l'Énergie sous le président Clinton, elle rentrait chez elle chaque week-end pour rencontrer ses étudiants en doctorat. Aujourd'hui, elle donne toujours des ateliers réguliers pour renforcer les compétences de présentation et la confiance des étudiants.

Les histoires sur la façon dont elle a aidé les étudiants sont légion. Lorsque la majeure du cours VI, Marcie Black '95, MNG '05, PhD '03, se débattait avec le cours avancé de physique des solides de Dresselhaus en tant qu'étudiante au doctorat, Dresselhaus a annoncé qu'elle organiserait une récitation facultative avant le cours à 8 heures du matin (c'est comme le milieu de la nuit à un étudiant du MIT, dit Black, qui soupçonne Dresselhaus de savoir qu'elle serait la seule à venir à cette heure.) De même, lorsque Sandra Brown, PhD '00, pataugeait au début de son doctorat et pensant quitter le MIT, une seule rencontre avec Dresselhaus la convainc de rester. Millie a changé ma vie, dit-elle.

Aujourd'hui, même si Dresselhaus veille, comme elle l'a toujours fait, à jouer régulièrement de la musique de chambre avec sa famille, elle n'est pas du tout tentée de prendre sa retraite, d'aller s'asseoir sur une plage et de se détendre. Je ne suis pas vraiment douée pour ça, avoue-t-elle. C'est marrant, je crois que c'est vrai pour la plupart des professeurs du MIT : nous aimons tellement notre travail que venir travailler n'est pas un sacrifice, c'est quelque chose que nous aimons vraiment faire. Si nous ne l'avions pas, nous ne serions pas trop heureux.

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