Come le persone in formazione guadagnano tempo per la ricerca con gli elettroni 'inventati'
Non succede spesso: uno studente di elettronica dell'ETH di Zurigo ha prodotto, nella sua tesi finale, un dispositivo di prova che farà risparmiare alla fisica molto tempo nello sviluppo di un nuovo tipo di microscopio. Il suo lavoro è stato pubblicato su una rivista scientifica.
Il tecnico elettronico Jingo Bozzini salda le minuscole gambe di un chip sul circuito verde con grande destrezza e concentrazione. "Le saldature non sono il mio forte", sorride. ? molto più interessato alla programmazione del circuito sul chip. Questo è stato anche l'obiettivo del suo progetto finale di apprendistato dello scorso anno. Nell'ambito della sua tesi finale (il cosiddetto lavoro pratico individuale IPA), ha collaborato con Yves Acremann del gruppo di ricerca in fisica dello stato solido per sviluppare un generatore di segnali di prova che simula i dati sperimentali. Per quanto poco appariscente possa sembrare questa scatola d'argento, è altrettanto preziosa per la costruzione di un nuovo tipo di microscopio con cui i ricercatori possono osservare i singoli elettroni.
"Fotografare" con i flash a raggi X
Oltre all'ETH di Zurigo, altre Università di tutto il mondo sono coinvolte nella costruzione di questo strumento pionieristico. Una volta completato, il cosiddetto "microscopio k" sarà collegato al laser a elettroni liberi LCLS-II, un acceleratore di particelle di Stanford. Questo muove gli elettroni in un percorso a slalom in modo che emettano potenti lampi di raggi X. I raggi X vengono poi diretti verso un campione nel microscopio, provocando il rilascio di elettroni dal campione. Un rilevatore all'estremità del microscopio cattura gli elettroni emessi e ne calcola l'angolo di uscita e il tempo di volo. I ricercatori possono usare i dati per conoscere meglio le proprietà elettroniche di un campione, ad esempio di nuovi semiconduttori. I flash superveloci possono anche essere utilizzati per osservare processi dinamici come una reazione chimica.
"Il generatore di segnali di prova simula gli elettroni che colpiscono il rivelatore", spiega il fisico Acremann. "Il simulatore di Bozzini consente ai ricercatori di sviluppare il software mentre il microscopio è ancora in fase di allestimento. Ciò consente di risparmiare tempo e denaro perché il software è già pienamente operativo quando i ricercatori collegano il microscopio all'acceleratore di particelle.
Integrato nel gruppo di ricerca
Gli apprendisti devono anche redigere un programma dettagliato per l'IPA. "Testare il generatore e documentare il lavoro ha richiesto più tempo del previsto", dice Bozzini. Questo soprattutto perché ha scritto il suo lavoro nel programma "LaTeX" e in inglese, come è solito fare nella ricerca. Non è l'unica cosa che rende il lavoro di Bozzini eccezionale: "Questa tesi va ben oltre le competenze di base di un ingegnere elettronico", dice Acremann. A gennaio, Bozzini è riuscito persino a pubblicare un articolo scientifico sul generatore di segnali di prova nel "Journal of Instrumentation" - un risultato insolito per una persona in formazione.
Come persona in formazione, Bozzini è stato pienamente integrato nel gruppo di ricerca. "Sono stato in grado di contribuire alla produzione del gruppo con la carta", dice. La stretta collaborazione tra ricercatori e persone in formazione caratterizza la formazione professionale all'ETH. I futuri tecnici elettronici trascorrono i primi due anni della loro formazione nel laboratorio didattico di elettronica, dove apprendono le conoscenze di base della tecnologia dei circuiti, le tecniche di produzione e di misurazione e la programmazione. Nei due anni successivi, assumono una posizione di formazione all'interno dell'ETH, ad esempio in un laboratorio di ricerca. "In particolare nella fisica sperimentale è importante avere specialisti in grado di risolvere problemi tecnici e di implementare le cose in modo efficace", spiega Acremann.
Bozzini pensa che sia bello aver dato un contributo importante alla ricerca fondamentale con la sua tesi, ma rimane modesto: "Questo è il mio lavoro e questo è ciò per cui vengo pagato", dice. Non sa ancora se in futuro vorrà dedicarsi alla ricerca. Attualmente sta completando un anno di baccalaureato professionale a tempo pieno. Ha un bel ricordo del suo apprendistato di successo presso l'ETH: dopo l'IPA, gli è stato permesso di viaggiare con Acremann ad Amburgo, dove il microscopio è attualmente in fase di allestimento. "? stata un'esperienza entusiasmante per me. Mi sono reso conto che il mio lavoro poteva effettivamente dare un contributo alla ricerca fondamentale", dice felice.
Le foto sono state scattate da Fabio Merino. ? un designer di media interattivi in erba del programma di formazione professionale dell'ETH.
Riferimento alla letteratura
Bozzini, J, Acremann, Y. Generatore di segnali di prova per la simulazione di eventi elettronici da un microscopio momentaneo. Journal of Instrumentation, Volume 18, Gennaio 2023: DOI: pagina esterna10.1088/1748-0221/18/01/P01014