Kouzlo integrované fotoniky: kapesní 3D tiskárny a miniaturní trační paprsky

Inspirovaná příběhy o Harrym Potterovi a seriálem „Kouzelníci z Waverly Place“ prohlásila sedmiletá Sabrina Corsetti svým rodičům, že je čarodějkou.

„Můj otec mi řekl, že pokud chci být skutečnou čarodějkou, měla bych se stát fyzičkou. Fyzičky jsou skutečnými čarodějkami světa,“ vzpomíná.

Tato konverzace ovlivnila Corsetti po celou její dětství až po rozhodnutí studovat fyziku a matematiku na vysoké škole, což jí otevřelo cestu na MIT, kde nyní studuje doktorandské studium na katedře elektrotechniky a informatiky.

Ačkoli její práce nezahrnuje zaklínadla ani kouzelné hůlky, Corsettiho výzkum se zaměřuje na oblast, která často přináší úžasné výsledky: integrovanou fotoniku. Relativně mladé pole integrované fotoniky zahrnuje budování počítačových čipů, které směrují světlo namísto elektřiny, což umožňuje kompaktní a škálovatelná řešení pro aplikace od komunikace po snímání.

Corsetti a její spolupracovníci ve Výzkumné skupině fotoniky a elektroniky vedené profesorkou Jelenou Notaros vyvíjejí zařízení o velikosti čipu, které umožňují inovativní aplikace posouvající hranice možností v oblasti optiky.

Například Corsetti a tým vyvinuli čipový 3D tiskárnu dostatečně malou na to, aby se vešla do dlaně, která emituje rekonfigurovatelný světelný paprsek do pryskyřice k vytvoření pevných tvarů. Takové zařízení by jednoho dne mohlo uživateli umožnit rychlou výrobu přizpůsobených, levných objektů na cestách.

Také přispěla k vytvoření miniaturního „tračního paprsku“, který používá světelný paprsek k zachycení a manipulaci s biologickými částicemi pomocí čipu. To by mohlo biologům pomoci studovat DNA nebo zkoumat mechanismy onemocnění bez kontaminace vzorků tkání.

V poslední době Corsetti pracuje na projektu ve spolupráci s MIT Lincoln Laboratory zaměřeném na kvantové výpočty s uvězněnými ionty, které zahrnuje manipulaci s ionty pro ukládání a zpracování kvantových informací.

„Náš tým se silně zaměřuje na navrhování zařízení a systémů, které interagují s prostředím. Příležitost připojit se k nové výzkumné skupině vedené podporující a angažovanou poradkyní, která pracuje na projektech s velkým dopadem na skutečný svět, je hlavním důvodem, proč jsem se přihlásila na MIT,“ říká Corsetti.

Přijímání výzev

Léta předtím, než vstoupila do výzkumné laboratoře, byla Corsetti dítětem zaměřeným na vědu a matematiku, vyrůstající se svými rodiči a mladším bratrem na předměstí Chicaga, kde její rodina provozuje společnost na ocelové konstrukce.

Během svého dětství její učitelé podporovali její lásku k učení, od jejích raných let ve školním obvodu Frankfort 157-C až po její studium na Lincoln-Way East High School.

Bavilo ji pracovat na vědeckých experimentech mimo učebnu a těšila se na šanci řešit komplexní hádanky během samostatných studijních projektů, které pro ni připravili učitelé (jako například výpočet matematiky za Brachistochronovou křivkou, nebo nejkratší cesty mezi dvěma body, kterou slavně vyřešil Isaac Newton).

Po předčasném ukončení střední školy se Corsetti rozhodla studovat fyziku a matematiku na University of Michigan.

„Když jsem šla na University of Michigan, nemohla jsem se dočkat, až začnu. Ihned jsem se zapsala na nejtěžší matematický a fyzikální obor,“ vzpomíná.

Corsetti si brzy uvědomila, že si vzala na krk trochu moc. Mnoho z jejích náročných vysokoškolských kurzů předpokládalo, že studenti mají předchozí znalosti z kurzů AP fyziky a matematiky, které Corsetti neměla, protože předčasně ukončila studium.

Setkala se s profesory, navštěvovala konzultace a snažila se dohánět zmeškanou výuku, ale cítila se tak znechucená, že uvažovala o změně oboru. Předtím, než tak učinila, se Corsetti rozhodla, že zkusí pracovat ve fyzikální laboratoři a uvidí, zda se jí líbí den v životě výzkumníka.

Poté, co se připojila k laboratoři profesora Wolfganga Lorenzona na Michiganu, Corsetti strávila hodiny prací s doktorandy a postdoktorandy na praktickém projektu na budování článků, které by pro experiment částicové fyziky uchovávaly kapalný vodík.

Když spolupracovali hodiny a hodiny na válcování materiálu do trubic, zasypávala starší studenty otázkami o jejich zkušenostech v oboru.

„Díky práci v laboratoři jsem se zamilovala do fyziky. Opravdu jsem si to prostředí užila, práci rukama a práci s lidmi jako součást většího týmu,“ říká.

Její záliba v praktické laboratorní práci se ještě umocnila o několik let později, když se setkala s profesorem Tomem Schwarzem, svým výzkumným poradcem po zbytek svého studia na Michiganu.

Po náhodné konverzaci se Schwarzem se přihlásila do zahraničního výzkumného programu v CERN ve Švýcarsku, kde byla mentorem Siyuan Sun. Tam měla příležitost se připojit k tisícům fyziků a inženýrů na projektu ATLAS, psát kód a optimalizovat obvody pro nové technologie detektorů částic.

„To byla jedna z nejtransformativnějších zkušeností mého života. Poté, co jsem se vrátila na Michigan, byla jsem připravena věnovat svou kariéru výzkumu,“ říká.

Zaujata fotonikou

Corsetti začala podávat přihlášky na postgraduální studium, ale rozhodla se změnit zaměření z teoretičtější částicové fyziky na elektrotechniku ​​se zájmem o praktický výzkum návrhu a testování čipů.

Podala si přihlášku na MIT se zaměřením na standardní návrh elektronických čipů, takže to bylo překvapení, když se jí Notaros ozvala, aby si domluvila schůzku přes Zoom. V té době Corsetti zcela neznali integrovanou fotoniku. Po jedné konverzaci s novou profesorkou však byla zaujata.

„Jelena má nakažlivý entuziasmus pro integrovanou fotoniku,“ vzpomíná. „Po těchto prvních rozhovorech jsem skočila do neznáma.“

Corsetti se připojila k Notarosově týmu, když teprve začínal. Úzce vedená starší studentkou, Milica Notaros, se ona a její kolegové ponořili do integrované fotoniky.

V průběhu let si obzvláště užívala spolupracující a sounáležitou povahu laboratoře a to, jak práce zahrnuje tolik různých aspektů experimentálního procesu, od návrhu přes simulaci a analýzu až po testování hardwaru.

„Vzrušující výzvou, se kterou se neustále potýkáme, jsou nové požadavky na výrobu čipů. Existuje mnoho vzájemného působení mezi novými oblastmi aplikací, které vyžadují nové výrobní technologie, následované vylepšenými výrobními technologiemi, které motivují další oblasti aplikací. Tento cyklus neustále posouvá pole vpřed,“ říká.

Corsetti plánuje po ukončení studia zůstat na špičce oboru jako výzkumnice integrované fotoniky v průmyslu nebo v národní laboratoři. Chtěla by se zaměřit na kvantové výpočty s uvězněnými ionty, které vědci rychle rozšiřují směrem k komerčně životaschopným systémům, nebo na další aplikace vysoce výkonných výpočtů.

„Pro každou moderní oblast výzkumu skutečně potřebujete zrychlené výpočty. Bylo by vzrušující a obohacující přispět k vysoce výkonným výpočtům, které mohou umožnit mnoho dalších zajímavých oblastí výzkumu,“ říká.

Vracející laskavost

Kromě dopadu na výzkum se Corsetti zaměřuje na osobní dopad na životy ostatních. Díky své účasti v MIT Graduate Hillel se připojila k Židovskému programu Velkých bratrů a sester v Bostonu, kde pracuje jako dobrovolnice v programu „přítel pro přítele“.

Účast v programu, který spojuje dospělé s handicapem s přáteli v komunitě pro zábavné aktivity, jako je sledování filmů nebo malování, byla pro Corsetti obzvláště povznášející a uspokojující zkušeností.

Také si užívala příležitost podporovat, mentorovat a sžít se se svými kolegy studenty MIT EECS, čerpaje z rad, které obdržela během své vlastní akademické cesty.

„Nedůvěřujte pocitům syndromu podvodníka,“ radí ostatním. „Pokračujte vpřed, ptejte se na zpětnou vazbu a pomoc a buďte si jisti, že dosáhnete bodu, kdy budete moci smysluplně přispívat do týmu.“

Mimo laboratoř si užívá hraní klasické hudby na klarinet (jejím oblíbeným kusem je slavná předehra Leonarda Bernsteina k „Candidu“), čtení a péči o rodinu rybek ve svém akváriu.