材料科学家的幸运

拿破仑曾说过，比起优秀的将军，他更喜欢幸运的将军。这一点几乎可以肯定不是他的，但却是有道理的。那些抓住所有摆在他们面前的机会的人比其他人更有可能在他们所选择的职业中幸运和成功。这当然适用于西蒙Billinge在过去的25年里，他的研究主要集中在原子结构和新材料性质之间的关系。其中包括光伏和医药产品在内的许多产品都是纳米材料，其特性直接来自具有纳米尺度尺寸的结构部件。

比林格在英国长大，在牛津大学攻读材料科学学士学位。在寻找博士职位时，他有了第一次重大的运气。他回忆道:“我选择申请美国实验室仅仅是出于冒险精神。”“只有两所学校不要求学生参加考试GRE考试一所美国大学，凯斯西储大学和宾夕法尼亚大学的考试成绩，我随机选择了宾夕法尼亚大学。1987年，就在第一个高温超导体被发现之后，他来到了那里，并选择在他的监督下研究这些“令人兴奋的”新材料Egami武而且彼得•戴维斯。“彼得要制造新型超导体，武石要确定它们的结构-性质关系;我的博士项目涉及到这两个方面，”比林格说。作为新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室凝聚态物理学的博士后，密歇根州立大学的教授，自2008年以来在哥伦比亚大学和布鲁克海文任教，他继续致力于开发技术，以探测纳米原子团簇中的原子模式，并将这些技术应用于日益复杂的新材料类别。

在纯晶体材料中，原子排列的模式是完全规则的，它们的分布可以用标准的x射线晶体学来确定。然而，几乎所有真实的材料都含有无序。早在1915年，晶体学之父彼得·德拜(Peter Debye)就认识到晶体内无序引起的漫射x射线散射，并在德拜散射方程中进行了数学表达。这就是原子对分布函数的起源，在20世纪20年代后期被发现，今天可能有些困惑，被称为PDF。简单地说，这描述了假设有一个原子在点上的概率一个，另一个将位于给定的距离一个。它可以从x射线散射中推导出来，就像晶体结构一样，但数据收集和解释更加复杂和耗时。

在上个世纪的大部分时间里，这种技术在化学物理和物理化学的几个利基领域发挥了重要作用，为液体和非晶态材料的结构建模。本世纪初出现了重大突破，当时x射线辐射源的强度和探测器尺寸的增加加快了数据收集的速度;精确精确的无序材料pdf现在可以在20年前的一小部分时间内获得。比林格在发展解释这种衍射所涉及的数学方面的经验使他的小组在将该技术应用于复杂材料方面很有帮助。事实上，其中许多都是有序的，但只是在最小的尺度上:它们包含微小的、规则的原子组或纳米晶体，这些原子组或纳米晶体对于传统的晶体学来说太小了。比林格说:“在这种尺度上研究材料很重要，因为这是最复杂的地方。”“小分子的结构相对容易理解，就像一块硅这样的大块材料的结构一样。”在两者之间，我们可以找到更复杂的结构，原则上允许我们建造具有所需性能的设计材料。”

小方案解决大问题

还有很多方法有待开发，但比林格的团队越来越多地使用这些技术来解决现实世界的问题，通过微妙地改变先进材料的分子结构来改善它们的性能。这些可能是高温超导体、电池或光伏电池，或者越来越多的药物。制药公司货架上的许多“失败”化合物都是其分子目标的有效选择性抑制剂，但由于太不溶性而无法进入血液。通过减小颗粒尺寸来重新配制，有时可以使“砖尘”类化合物的溶解度提高1000倍。他说，我们需要知道这些非晶态和纳米级药物的详细分子结构，这样我们才能安全地将它们推向市场。

比林格的工作是在学科之间的接口:应用数学，物理学，材料科学，是的，化学。他认为，在这个领域，不同背景的研究人员之间的交流至关重要。“一个数学家或物理学家有一个工具，但不理解化学家的现实世界的问题，就像一个拿着锤子的人，对他来说一切都像钉子。他解释说:“跨学科的交流让我们能够调整工具来解决实际存在的问题。”似乎可以肯定的是，在未来的许多年里，化学家们将会发现有价值和有趣的现实世界问题，让这位幸运的材料科学家转变为应用物理学家来解决。