ניקולה ספלדין

ניקולה אן ספלדין (באנגלית: Nicola Ann Spaldin; נולדה ב-3 בינואר 1969) היא חוקרת בריטית-אמריקאית, פרופסור בתחום החומרים במחלקה לתורת החומרים של המכון הטכנולוגי השווייצרי-פדרלי של ציריך. במחקריה גילתה ספלדין את החומרים המולטי-פרויקים, חומרים המכילים תכונות של יותר מאחד מהחומרים הפרויקים (חומרים פרומגנטים, פרואלקטריים ופרואלסטיים. כיום ההגדרה מתייחסת בעיקר לחומרים מולטי-פרויקים אלקטרומגנטיים, חומרים המכילים תכונות של חומרים פרומגנטיים ופרואלקטריים). על גילוייה זכתה בפרס רוסלר מהמכון הטכנולוגי בציריך ב-2012, בפרס קורבר האירופאי למדע ב-2015 ובפרס לוריאל-אונסק"ו לנשים במדע ב-2017. ספלדין נולדה וגדלה בעיר סנדרלנד, בריטניה. הוריה ניהלו מרכז טיולים, דבר שהשפיע ותרם רבות לעניין שגילתה במחקר וגילויים חדשים בסביבה. מהילדות ועד היום היא מטפסת הרים וגולשת סקי. ספלדין מספרת שתחביבים אלה עוזרים לה לנקות את הראש מהלימודים ולהתפעל מהעולם. בנוסף, תחביבים אלה עזרו לה לבחור את מקצוע מדעי הטבע לתואר ראשון באוניברסיטת קיימברידג', שאותו סיימה ב-1991. את הדוקטורט שלה בכימיה סיימה ספלדין באוניברסיטת ברקלי בקליפורניה, ארצות הברית, ב-1996. היא חקרה מוליכים למחצה וחומרים מגנטיים ברמת האטום והמולקולה. כשנשאלה ספלדין על המעבר שעשתה בין מדעי הטבע לכימיה אמרה: ״זה לא היה ממש שינוי; עברתי מקצה הפיזיקה של הכימיה במצב מוצק לסוף של החומרים הכימיים של הפיזיקה״. בין השנים 1996–1997 שימשה כחוקרת, במסגרת הפוסט דוקטורט, במחלקה לפיזיקה יישומית בקבוצת המחקר של קארין רייב (Karin Rabe) באוניברסיטת ייל. בסוף שנות ה-90, כשספלדין הייתה בפוסט דוקטורט בקבוצת המחקר של קארין רייב, היא שוחחה עם חבר מעבדה, שאמר: "חבל שאין פרואלקטריות מגנטית" (חומרים מולטי-פרויקים אלקטרומגנטיים, הם חומרים המכילים תכונות של חומרים פרומגנטיים ופרואלקטריים). לאחר מכן, ספלדין החלה לחקור את השאלה אם אכן יש פרואלקטריות מגנטית, כשעברה לאוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה בשל מחקר זה. בין השנים 1997–2002 שימשה כפרופסור עוזר, בין השנים 2002–2006 כפרופסור חבר, ובין השנים 2006–2010 כפרופסור מן המניין באוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה. ב-2011 עברה למכון הטכנולוגי של ציריך, בו היא מכהנת כפרופסור מן המניין עד היום. כיום, ספלדין מרצה ומנהלת תוכנית הלימודים במחלקה שלה, במכון הטכנולוגי של ציריך. בנוסף, היא פועלת לשיתופי פעולה לפיתוחים שונים בתחום החומרים המולטי-פרויקים (ההגדרה הנוכחית היא לחומרים מולטי-פרויקים אלקטרומגנטיים, חומרים המכילים תכונות של חומרים פרומגנטיים ופרואלקטריים), וממשיכה לפתח חומרים חדשים וטכנולוגיות חדשות בתחום החומרים המולטי פרויקים. כבר בשנת 2000 ספלדין אבחנה, שלמרות קיומם של חומרים פרומגנטיים רבים (חומרים ההופכים למגנטיים כשהוא שרויים בשדה מגנטי חיצוני ונשארים מגנטיים כשהם יוצאים מהשדה) וחומרים פרואלקטריים (חומרים גבישיים שבהם קיטוב חשמלי ספונטני, שניתן להפוך אותם על ידי שדה חשמלי חיצוני) רבים, קיימים רק מעט חומרים מולטי-פרויקים אלקטרומגנטיים (חומרים שהם גם פרו מגנטיים וגם פרואלקטריים). על עובדה זו ספלדין פרסמה מאמר באותה שנה. ב-2003 הצטרפה ספלדין לקבוצת חוקרים, במסגרתה הם מצאו את פרו האלקטריות המגנטית של חומר בשם ביסמוט פריט, חומר שספלדין חוקרת עד היום. את גילוי זה ספלדין מתארת בתור הפריצה הגדולה הראשונה שלה. זו הייתה תחילת דרכה בחקר הפונקציונליות של חומרים מולטי-פרויקים אלקטרומגנטיים. ספלדין זיהתה מאז מגוון של חומרים מולטי פרויקים. במסגרת קבוצת המחקר בה הייתה שותפה, גילו המדענים, שבחומרים הנוטים ליצור תגובות מגנטיות, סידור האלקטרונים שונה מאלה שבחומרים הנוטים ליצור תגובות חשמליות. הם הצליחו להוכיח שחומרים שהם פרו מגנטיים ופרו אלקטריים יכולים להתקיים יחדיו, ואף יצרו אותם. הם קראו לחומרים אלה מולטי-פרויקים. משמעות הגילוי של ספלדין היא שחומרים אלה הם בעלי פונקציונליות רבה. החומרים המולטי-פרויקים שומרים על קוטביות לאורך זמן וניתן לשנות את השדה המגנטי והחשמלי שלהם, וכך את המתח שלהם. כך, ניתן לייצר מוליכי על בטמפרטורת החדר והם מאפשרים לייצר שבבים במכשירים אלקטרוניים (ללא קשר לתפקידם) מאותו החומר, דבר שעשוי לייעל מכשירים ולהפוך אותם למהירים יותר וחסכוניים יותר באנרגיה. בנוסף, גילוי זה יכול לגרום לפיתוח של יחידות זיכרון זעירות, ושל מכשירי מדידה רפואיים מדויקים במיוחד. ספלדין חוקרת גם תחמוצות המכילות מתכות מעבר, בעלות קשרים כימיים חזקים, בהן התנהגות של אלקטרון אחד משפיעה על ההתנהגות שאר האלקטרונים. קשרים אלה גורמים לרוב לחוסר יציבות של החומר, תכונה שעוזרת ביצירת תגובות הגורמות לשינוי של שדות חשמליים או מגנטיים ושל המתח ביניהם. במחקרים אלה מנסה ספלדין ליצור מוליך על (מוליכים שההתנגדות שלהם שואפת לאפס, דבר הגורם לזרם חשמלי לעבור במתכת בזמן מהיר מאוד, ובלתי ניתן לתפישה, וכיום הם מתקיימים רק בטמפרטורה מאוד נמוכה מתחת לאפס) בטמפרטורת החדר, מתוך מטרה ליצור טכנולוגיות חדשות - קלות יותר, יעילות יותר, חסכוניות יותר, ומהירות הרבה יותר- מרכיבים אלקטרוניים העשויים מסיליקון (המשמשים כיום בעיקר לצורך העברת מידע ועיבודו). כיום, ישנו שימוש בסיליקון ומוליכים אחרים להעברת מידע, ושימוש בחומרים מגנטיים לשמירת מידע, בעזרת הספרות 0 ו-1, הנוצרים באמצעות היפוך הכיוון של הדיפול המגנטי שלהם, זוג מטענים מגנטיים מנוגדים צמודים, והיחידה הבסיסית של שדה מגנטי. היווצרות של שדות מגנטיים לאחסון המידע דורש רכיבים מגושמים ואנרגיה רבה. עם זאת, קטעי הנתונים המגנטיים יציבים, קטנים וניתנים לגישה בקלות. בחומר מולטי-פרויקי, בו חל שימוש בשדות חשמליים במקום בשדות מגנטיים, יש את היתרונות של חומרים מגנטיים, עם יתרונות של חומר יעיל, קטן, הצורך אנרגיה בכמות מזערית. המחקר של ספלדין יאפשר יצירת מוליכי על בטמפרטורת החדר, רכיבים אלקטרוניים מחומר אחד רב תכונתי, ובכך יצירת טכנולוגיות רבות חדשות בעלי יכולת חישוב גדולה ומהירה במיוחד. בנוסף, החלק שספלדין שואפת אליו, הוא יצירת מוליך על בטמפרטורת החדר, דבר שיאפשר למכשירים במהירויות גבוהות במיוחד, לחיסכון אנרגיה גדול מאוד, ובכך טמון עיקר הגילוי שלה. עדיין נותר להבין את התהליך של שינוי כיוון הדיפול מספיק טוב כדי לבצע את התהליך בשדות קטנים מאוד. בנוסף, צריך לוודא שהחומרים החדשים נפוצים בכדור הארץ, ידידותיים לסביבה, זולים וקלים לייצור. לאורך שנות המחקר, פרסמה ספלדין מאמרים רבים על תכונות חומרים אלה והמאפיינים שלהם. לדוגמה, ב-2019 פרסמה מאמר, שמוכיח שבתנועה של חומר קוטבי, בסוף האזור בו מתקיימת הרב-תכונתיות, קיים שדה מגנטי דינאמי. ספלדין חברה באגודה האמריקאית לפיזיקה מ-2008, חברה באגודה לחוקרי חומרים מ-2011, וחברה באגודת Royal Society משנת 2017. ב-2010 זכתה ספלדין בפרס ג'יימס מקרדי על חומרים חדשים, וב-2012 זכתה בפרס רוסלר של המכון הטכנולוגי של ציריך. בנוסף, ספלדין זכתה ב-2015 בפרס קורבר האירופאי למדע. ב-2017 זכתה בפרס אונסק״ו ולוריאל לנשים במדע, על גילוייה של החומרים המולטי-פרויקים. ב-2019 הצטרפה לסגל הכותבים של כתב העת המדעי למחקרים גופניים, בו היא משמשת מנהלת המחקר הראשית. כמו כן, בשנה זו, זכתה ספלדין בפרס מרסל בנואה, על מחקריה החדשניים בתחום החומרים המולטי-פרויקים. מוליכות על מוליכות-על בטמפרטורות גבוהות מדיה וקבצים בנושא ניקולה ספלדין בוויקישיתוף ניקולה ספלדין, ברשת החברתית אקס (טוויטר) ניקולה ספלדין, באתר גוגל סקולר Nicola Spaldin, באתר "People Pill" Nicola Spaldin, THE ROYAL SOCIETY Nicola Spaldin, Physics Central Spaldin, Nicola, Prof. Dr., ETH zürich Nicola Spaldin, Multiferroics and me, Science, ‏16.6.2015 Events-About Nicola, Durham University Nicola A. Hill, Why Are There so Few Magnetic Ferroelectrics?, The Journal of PHYSICAL CHEMISTRY J. Wang1, J. B. Neaton, H. Zheng1, V. Nagarajan, S. B. Ogale, B. Liu, D. Viehland4, V. Vaithyanathan, D. G. Schlom, U. V. Waghmare6, N. A. Spaldin, K. M. Rabe, M. Wuttig, R. Ramesh,, Epitaxial BiFeO3 Multiferroic Thin Film Heterostructures, Science Nicola Spaldin awarded Swiss Science Prize Marcel Benoist, ETH zürich, ‏05.09.2019 Nicola Spaldin, BREAKING THE WALL TO THE NEXT MATERIAL AGE — HOW MATERIALS SCIENCE HERALDS A NEW CLASS OF TECHNOLOGIES, FALLING WALLS (ארכיון) Nicola Spaldin, Falling Walls: New Materials for a New Age, SCIENTIFIC AMERICAN, ‏01.11.2018 Dominik M. Juraschek, Quintin N. Meier, Morgan Trassin, Susan E. Trolier-McKinstry, Christian L. Degen, and Nicola A. Spaldin, Dynamical Magnetic Field Accompanying the Motion of Ferroelectric Domain Walls, American Physical Society Nicola Spaldin Selected as Lead Editor of Physical Review Research, APS physics Nicola Spaldin awarded Swiss Science Prize Marcel Benoist, myScience, ‏05.09.2019