کلودیا فلسر: کشف مرزهای جدید در علم مواد

پروفسور کلودیا فلسر با تمرکز بر طراحی و کشف مواد معدنی جدید با خواص الکترونیکی و مغناطیسی، شغلی را در تقاطع شیمی و فیزیک ایجاد کرده است. تحقیقات او نقش مهمی در پیشبرد مطالعه مواد کوانتومی توپولوژیکی با کاربردهای بالقوه از فناوری داده تا تبدیل انرژی ایفا کرده است.

فلسر در دانشگاه کلن در رشته شیمی و فیزیک تحصیل کرد و در آنجا دکترای خود را در شیمی فیزیک به پایان رساند. پس از تحقیقات فوق دکترا در مؤسسه ماکس پلانک در اشتوتگارت و CNRS در نانت، او استاد دانشگاه ماینتس شد. او اکنون مدیر مؤسسه ماکس پلانک برای فیزیک شیمیایی جامدات در درسدن است و کمک های او در تحقیقات مواد با جوایز متعددی از جمله جایزه Wiley Women in Science در سال 2026 شناخته شده است.

فلسر در طول زندگی حرفه‌ای خود مسیر خود را در فیزیک، شیمی و علم مواد دنبال کرده است، با علاقه خاصی به درک چگونگی استفاده از خواص مواد برای ایجاد مواد جدید. امروزه تحقیقات او از ابررسانایی و اسپینترونیک گرفته تا مواد توپولوژیکی، کایرالیته، کاتالیزور و کشف مواد مبتنی بر هوش مصنوعی را در بر می گیرد.

چگونه به علم و تحقیق مواد راه پیدا کردید؟

راستش من همیشه علم را دوست داشتم. مسیر من آسان نبود، اما در نهایت تصمیم من صرفاً بر این اساس بود که کاری را انجام دهم که دوست دارم انجام دهم و کاری نداشتم که شغلی پیدا کنم یا نه.

ایجاد مواد جدید با خواص فوق العاده هیجان انگیز هدف زندگی من است. باید بگویم که من همیشه راه خودم را رفتم. من همیشه آن را جایی در میانه بین تئوری و آزمایش دوست داشتم، و همیشه در تقاطع فیزیک و شیمی کار کرده ام، اما همیشه حول موضوع مواد و جامدات. من خوش شانس بودم که اکثر افرادی که با آنها کار کردم به من اجازه دادند آنچه را که می خواهم انجام دهم.

علایق تحقیقاتی شما در طول زمان چگونه تکامل یافته است؟

من همیشه علاقه زیادی به ابررسانایی داشته‌ام، اما موضوعات دیگری وجود داشتند که فکر می‌کردم در نهایت می‌توانند کاربردهای تاثیرگذاری بیشتری داشته باشند. یکی مواد مغناطیسی بود، جایی که من به اسپینترونیک و ترکیبات علاقه مند شدم، جایی که شما می توانید به طور سیستماتیک مواد را درک کنید و قوانین ساده ای برای طراحی مواد جدید ایجاد کنید.

زمانی که من رشته علوم توپولوژیکی را شروع کردم این نیز بسیار مفید بود. از کار طراحی موادم برای من مشخص شده است که خواص عایق های توپولوژیکی به تعداد بسیار کمی از ترکیبات محدود نمی شود، بلکه گروه بسیار بزرگتری از مواد وجود دارد که در آنها می توانید “دستورالعمل های” کلی تری برای نحوه یافتن عایق های توپولوژیکی ایجاد کنید.

برای من، برنامه همیشه یک موضوع قرمز بوده است. هر فیزیکدانی بلافاصله به محاسبات کوانتومی توپولوژیکی فکر می کند، اما ما به روش های جدیدی برای تبدیل انرژی از گرما به برق بسیار کارآمد علاقه مندیم.

من فکر می کنم توپولوژی برای کاتالیز نیز بسیار جالب است. روی هافمن قهرمان بزرگ من است. او در سال 1987 برنده جایزه نوبل شد و مفاهیم جامدات او به نوعی نسخه شیمیایی بیشتری از برخی از ایده های توپولوژی بود. او همچنین به علوم سطحی و کاتالیزور علاقه مند بود، و فکر می کنم مفهوم توپولوژی اکنون می تواند به شیمی بازگردد. به همین دلیل است که اخیراً علاقه زیادی به کایرالیته و کاتالیزور پیدا کرده ام. من فقط فکر می کنم که توپولوژی می تواند به ما کمک کند چیزهایی را درک کنیم که درک آنها در جامدات کایرال سخت است.

چه چیزی کایرالیته در جامدات را جالب می کند؟

کایرالیته در یک جامد بسیار پیچیده تر از یک مولکول است. اگر کایرالیته ساختاری در یک مولکول دارید، نحوه رفتار الکترون های آن نیز کایرال است. Но в твърдото е по-сложно.

به عنوان مثال در توپولوژی، حرکت یک الکترون می تواند به اسپین آن مرتبط باشد و شما می توانید الکترون های کایرال تولید کنید. بنابراین سؤال این است: اگر یک جامد کایرال ساختاری دارید، آیا رفتار الکترون‌های آن نیز کایرال است؟ توپولوژی می تواند دو کایرالیتی را در ساختار الکترونیکی ایجاد کند که کاملاً غیرمعمول است.

سپس می توانید سوال مخالف را بپرسید: آیا می توانید با یک کریستال غیر کایرال شروع کنید و الکترون های کایرال دریافت کنید؟ همه می‌گویند که شما کاملاً دیوانه هستید، اما من فکر می‌کنم که کایرالیته می‌تواند از منابع دیگری غیر از ساختار مواد ناشی شود. این ممکن است به ما اجازه دهد تا در مورد کاتالیزور تجدید نظر کنیم.

اگر با یک مولکول کایرال به عنوان یک کاتالیزور شروع کنید، اگر همه چیز مناسب باشد، می توانید کایرال را دریافت کنید. اما این لزوماً با یک جامد کار نمی کند، زیرا یک جامد کایرال به طور خودکار در سطح الکترونیکی کایرال نیست. این ممکن است توضیح دهد که چرا گرفتن یک کریستال کایرال بسیار سخت است و امیدواریم بتوانید کاتالیز کایرال را انجام دهید.

ما اخیراً مقالاتی در این زمینه داشته‌ایم، از جمله کار در مورد انتقال و کاتالیز، و همچنین در حال بررسی جذب مولکول‌ها بر روی کریستال‌های کایرال و بی‌کیفیت هستیم. من در حال کار بر روی مفهومی هستم تا از طریق تصاویر مداری ساده از آنچه در داخل ماده و روی سطح آن اتفاق می افتد، این موضوع را برای شیمیدانان بهتر توضیح دهم. چالش این است که مفاهیم پیچیده تر توپولوژی را بدون از دست دادن اطلاعات به یک تصویر شیمیایی ساده ترجمه کنیم.

در کار خود به همکاری چگونه نگاه می کنید؟

روحیه در گروه ما بسیار همکاری است. اگر ایده ای دارید و می خواهید چیزی یاد بگیرید، به افرادی نیاز دارید که بتوانند آزمایش های مختلفی انجام دهند.

من فکر می کنم توپولوژی بسیار مخرب بود زیرا نحوه درک ما از رابطه بین یک ماده و خواص آن را کاملاً تغییر داد. وقتی جوان بودم، در مورد ساختار و روابط ساختار و دارایی سخنرانی داشتم. با توپولوژی، ویژگی‌های دیگری را می‌بینیم، گاهی ویژگی‌هایی که قبلاً ظاهر می‌شوند اما مردم متوجه نشده‌اند. اکنون، با دانستن مفهوم توپولوژی، می‌توانیم خواص کاملاً متفاوت و همچنین کوانتومی بیشتری را درک کنیم.

چالش های اصلی که پیش رو می بینید چیست؟

یکی از چالش های اصلی این است که جلوه های کوانتومی در دمای اتاق کار کنند. معمولاً فرض بر این است که کوانتوم در دمای پایین است، اما این لزوماً درست نیست. برخی از اثرات کوانتومی در دماهای بالاتر در دسترس هستند و چالش این است که آنها را به آنجا برسانیم.

در آینده، اگر بخواهیم از هوش مصنوعی با موفقیت در علم مواد استفاده کنیم، به داده های بسیار بیشتری نیاز داریم. بسیاری از داده ها هنوز در کتاب های آزمایشگاهی دست نویس هستند و بنابراین در دسترس نیستند. برای پیش‌بینی واقعی یک ماده جدید با ساختار جدید، به نمودارهای فاز، فازهای رقابتی و تخصص شیمیدانان حالت جامد از طریق شهود شیمیایی نیاز دارید. سنتز یک ماده فقط کنار هم قرار دادن عناصر و گرم کردن آنها نیست.

چه سوال علمی در حال حاضر شما را بیشتر هیجان زده می کند؟

من هنوز فکر می کنم مطالعه کایرالیته تازه شروع شده است. کایرالیته فقط در جامدات ظاهر نمی شود، بلکه سوالاتی را در فیزیک پرانرژی، اخترفیزیک، جامدات و زیست شناسی به هم متصل می کند.

یکی از سؤالات بزرگ پشت کار ما، منشأ هموکایرالیته زندگی است: چرا ما فقط یک نوع اسید آمینه داریم؟ ما به پیش سازهای بیولوژیکی، از جمله پیش سازهای RNA، و نحوه تعامل آنها با موادی که دارای کایرالیته در ساختار الکترونیکی خود هستند، نگاه می کنیم. بنابراین فکر می‌کنم کایرالیته شاید جالب‌ترین سوال در حال حاضر باشد. این یک سوال اساسی است و توپولوژی می تواند به ما در درک آن کمک کند.

جوایز Wiley Women in Science 2026 که در ماه مارس در مؤسسه فیزیک، آکادمی علوم چین برگزار شد، دانشمندان و دانشمندان برجسته را گرد هم آورد تا از کمک های برجسته نه محقق زن برجسته به دلیل مشارکت چشمگیر و تعهدشان به نوآوری تقدیر کند. ایجاد جوایز Wiley Women in Science که توسط مجله Advanced Physics Research پشتیبانی می شود، با هدف الهام بخشیدن به نسل بعدی محققان و حمایت از جامعه تحقیقاتی فراگیرتر و متنوع تر است.

اعتبار تصویر ویژه: موسسه ماکس پلانک برای فیزیک شیمیایی جامدات