Charles M. Lieber

Charles M. Lieber nanobilimin ve nanoteknolojinin öncüsü Amerikalı kimyagerdir. Lieber, 2011 yılında Thomson Reuters tarafından 2000-2010 yılları arasında, Lieber’in yayınlarının da büyük etkisiyle dünyadaki öncü kimyagerlerden biri olarak tanıtıldı. Hakemli dergilerde yayımlanmış 390’ın üzerinde makalesi vardır ve nanobilim alanında çok sayıda derginin editörlüğünü yapmaktadır. Ellinin üzerinde ABD patentine ve uygulamalarına sahiptir. Aynı zamanda, 2001 yılında Nanosys, ve 2007 yılında da Vista Therapeutics olmak üzere nanoteknoloji alanıyla ilgili iki şirket kurdu. Nanoölçekli materyallerin ve nanocihazların sentezi, montajı ve karakterizasyonu, nanoelektronik cihazların biyoloji alanındaki uygulamaları, ve nanobilim alanındaki birçok başarılı insanın kılavuzu olarak bilinir.

Hayatı ve Çalışmaları

1959 yılında ABD’nin eyaleti Pensilvanya’da doğdu. Çocukluğunun büyük bir kısmını müzik setlerini, arabaları, model uçakları parçalayarak ve birleştirerek geçirdi. 1981 yılında Franklin & Marshall Koleji’nden onur öğrencisi olarak lisans derecesini aldı. Doktora eğitimini tamamlamak üzere Stanford Üniversitesi’ne gitti. Burada Nathan Lewis’in laboratuvarında yüzey kimyası alanında çalıştı. Caltech’teki doktora sonrası çalışmaları için Harry Gray’in laboratuvarında metaloproteinlerde uzak mesafede elektron transferi alanında çalıştı.

Rekabetçi bir kişiliğe sahip olan Lieber, bir bilim insanı olarak yapmayı en çok sevdiği şeyin daha önce üzerinde çalışılmamış konular üzerinde çalışmak olduğunu söylüyor. Kolombiya ve Harvard’taki kariyerinin ilk yıllarında anizotropinin ve boyutluluğun yarı-2D düzlemsel yapıların ve yarı-1D yapıların özellikleri üzerindeki etkileri üzerine çalıştı. Bu çalışması sayesinde tek boyutlu bir telin nasıl yapılacağı sorusunun cevabına yöneldi. Nanoölçekli materyaller üzerindeki çalışmalar yeni yeni ortaya çıktığında bilgileri taşımak, elektronları hareket ettirmek ve cihazları birbirine bağlayabilmek için son derece küçük, tele benzer yapılara ihtiyaç olunacağını ileri sürdü. Lieber, optik ve elektronik dünyalarını birleştirmek, biyolojik yapılar ve nanölçekli materyaller arasında arayüzler yaratmak ve  bugün bile öngörülemeyen teknolojiler geliştirmek için bu alanın öncülerinin temel fiziksel avantajlarını kullandı.

Pozisyonlar

1987 yılında Kolombiya Üniversitesi Kimya Bölümü’ne katıldı ve burada üç yıl boyunca öğretim üyesi ve doçent doktor olarak görev aldı. 1992 yılında Harvard Üniversitesi’nde profesör olarak görev aldı. Şu anda Harvard Üniversitesi Kimya ve Kimyasal Biyoloji bölümünde ve Harvard Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu’nda Joshua ve Friedman Üniversitesi Profesörü olarak görev almaktadır. 2015 yılında Harvard Üniversitesi Kimya ve Kimyasal Biyoloji Bölümü başkanı seçildi.

Araştırmaları

Lieber’in rasyonel büyümeye, karakterizasyona, seri ve fonksiyonel nanoölçekli materyallere ve heteroyapılara katkıları nanobilimin baştan aşağıya bütün örneklerinin gelişmesini sağladı. Bunlar, fonksiyonel nanotellerin yapı taşlarının rasyonel sentezini, bu materyallerin karakterizasyonunu ve bunların elektronik, bilgisayar, fotonik ve enerji bilimlerinden biyoloji ve tıp alanlarındaki uygulamalarını içerir.

Nanomateryallerin Sentezi:  Lieber, çalışmalarının başında geniş bir aralıkta birleşimi, yapısı ve büyüklüğü kontrol edilebilen nanometre -diyametre tellerinin projelendirilmiş büyümelerinin takibi için isteklerini ve beklentilerini açıkladı. Periyodik tablodaki bütün elementlerin ve bu elementlerden oluşabilecek bütün bileşiklerin nanotellerinin öngörülebilir büyümesi ile ilgili temel bir araştırma yaparak ayaklı, yarı iletken ve tek kristalli nanotellerin ilk kontrollü sentezi için gerekli olan genel bir yöntemin taslağını hazırladı. Nanoölçekli eksenli heteroyapıların  ve yeni fotonik ve elektronik özelliklere sahip düzenli örgülü nanotellerin büyümesiyle ilgili genel bir kavram ortaya attı. Bu çalışması günümüzdeki nanotel fotoniği ve elektroniği alanının temelidir. Buna paralel olarak, çok kuantumlu, tek kristalli yapıların ve ışınsal çekirdek-kabuk nanotel yapılarının farklı türden bağlantılarıyla ilgili bir kavram ortaya attı.  Ayrıca üç boyutlu nanocihazlar için karışık ve fonksiyonel nanoyapıları açıklayarak kontrollü stereoasitörleri (kinksleri) nanotellere  tanıtmak için yapay bir yöntem geliştirdiğini açıkladı.

Nanoyapı Karakterizasyonu: Tek karbonlu nanotüplerin ve nanotellerin elektrikli ve mekanik özelliklerinin direkt olarak deneysel ölçümlerini sağlayabilen sonda mikroskoplarının uygulamalarını geliştirdi. Bu çalışma kontrollü elektrikli özellikleriyle yarıiletken nanotellerin, cihazların montajı için elektronik, ayarlanabilir ve fonksiyonel nanoölçekli yapıtaşları sağlayarak sentezlenebileceğini gösterdi.

Nanoelektronik ve nanofotonik: Lieber, balistik taşımayı, kuantum taşımayı ve süperiletken yakınlık etkisini göstermek için kuantumla sınırlı çekirdek-kabuk nanotelli heteroyapıları kullandı. Fonksiyonel nanoölçekli ve optoelektronik cihazların diğer örnekleri nanoölçekli, elektrikle çalışan lazerlerdir. Bu lazerler, tekli nanotelleri aktif nanoölçekli boşluklar, karbon nanotüplü nanoteller, nanotüplere bağlı yüksek özkütleye sahip elektromekanik bellekler, tamamı inorganik olarak entegre edilmiş nanoölçekli fotovoltaik hücreler olarak kullanır.

Nanoyapı Birleşimi ve Hesaplaması: Nanotellerin ve nanotüp yapıtaşlarının montajlarının ölçeklenebilirliği için çok sayıda yaklaşımdan esinlendi. Modülasyon katkılı yarı iletken nanotelleri kullanarak makrodan nanoya kadar olan aralıkta köprüleme işlemini gerçekleştirebilmek için litografya (taşbaskı) içermeyen bir yaklaşım geliştirdi. Lieber kısa bir süre önce, materyallerin bağımsız ve deterministik biçimlerinde kullanılan nanoölçeklerin dizilişi için kullanılabilen ve “nanocombing” adını verdiği bir kavram geliştirdi.Bu konsepti programlanabilir bir nanotel ve bağımsız bir nanobilgisayar yaratmak için kullandı.

Biyoloji ve Tıp için Nanoteknoloji: Proteinlerin ilk ve doğrudan elektrikli tespitini, virüslerin elektriğe duyarlı seçiciliklerini, kansere sebep olan çok sayıdaki proteinlerin tespitini ve tümörlü enzimlerin aktivitelerini açıkladı. Onun bu yaklaşımlar için geliştirdiği yöntemler kablosuz/uzaktan tıbbi yöntemlerde kullanılan etiketsiz ve yüksek hassasiyeti olan bir buluş için elektrikli sinyaller kullanır. Yakın zamanlarda, bu ölçümleri fiziksel şartlarda zorlaştıran Debye taramasına, silikon nanotel alan etkili cihazların sınırlamalarına, teşhisçi sağlık hizmeti uygulamalarındaki yetersizliklere çözüm olarak bir yaklaşım daha geliştirdi. Ayrıca Lieber, elektrik aktivitesinin ve aksiyon potansiyel yayılımın yüksek çözünürlüklü kültürlü kalp hücrelerinden kaydedilebileceğini göstererek hücre-doku elektrofizyolojisi için nanoelektronik cihazlar geliştirdi. Bu aralar ise, bağlantılardan dış dünyaya ayrıştırılmış bir aktif transistördeki 3D nanoölçekli transistörleri geliştirdi. Onun nanoteknoloji özellikli 3D hücresel sondaları tekli moleküllerin, hücre içi fonksiyonların ve fotonların  tespitinde noktaya benzer bir ayrışmanın olduğunu gösterdi.

Şu Anki Araştırmaları

Nanoelektronik ve beyin bilimi: Nanoelektronik özellikli hücresel cihazların gelişimi beyin biliminde nöronol aktivitenin modülasyonu ve taşınabilir elektrikli kaydı konusunda Lieber’e dayanak oldu. Biyolojik olarak tellenmiş bir beynin içinde bulunduğu ölçekteki nöronlarla nanotel transistör dizilerinin; karışık nöral ağlarla dokuların 3D duyarlı yapısının  ve hem zamana hem de mekana bağlı olan yüksek çözünürlüğüyle beynin güçlü bölümlerinde haritalanmış fonksiyonel aktivitenin birleşimi bu çalışmanın örneklerindendir. Doğal bir dokunun yapısını kopyalayabilmek için makro gözenekli 3D sensör dizileri ve yapay doku iskelesi geliştirdi. İlk kez üç boyutta sinir sistemine bağlanabilen yapay dokular oluşturdu. Lieber’in şu anki çalışmaları merkezi sinir sistemi içindeki elektroniğin minimal ve müdahalesiz bir biçimde entegre edilmesine odaklandı. Son zamanlarda bu makro gözenekli elektroniklerin beynin seçilmiş bir bölgesindeki nokta hesaplama cihazına bir şırıngayla aktarılabileceğini gösterdi.

Ödüller ve Onurlar

• 2004 – Chemistry of Materials ACS Ödülü
• 2009 – ACS Division of Inorganic Chemistry tarafından İnorganik Nanobilim Ödülü
• 2010 – Materials Research Society tarafından Fred Kavli Distinguished Lectureship in Nanoscience
• 2012 – Kimya’da Wolf Ödülü
• 2013 – Tsinghua Üniversitesi Nano Araştırma Ödülü
• 2013 – IEEE Nanoteknoloji Öncü Ödülü
• 2013 – Willard Gibbs Madalyası Ödülü
• 2016 – MRS Von Hippel Ödülü
• 2016 – Remsen Ödülü
• 2017 – NIH Direktor’s Pioneer Ödülü
• Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi üyesi
• American Academy of Arts and Sciences üyesi
• Amerikan Ulusal Tıp Akademisi Üyesi
• National Academy of Inventors üyesi
• Chinese Academy of Sciences’in yabancı üyesi
• Materials Research Society üyesi
• Amerikan Kimya Derneği Üyesi
• Fizik Enstitüsü üyesi
• IUPAC üyesi
• Amerikan Bilimsel Gelişme Birliği üyesi
• The World Technology Network üyesi
• Chinese Chemical Societ üyesi
• Amerika Fizik Topluluğu üyesi
• IEEE üyesi
• SPIE üyesi
• Amerikan Optik Topluluğu üyesi
• Biophysical Society üyesi
• Society for Neuroscience üyesi
• Nano Letters dergisinin yazı işleri müdür yardımcısı