Embora Frances Ross e sua irmã Caroline Ross tenham ingressado na faculdade do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do MIT, eles chegaram la¡ por caminhos bastante diferentes. Enquanto Caroline seguiu uma rota acadaªmica mais tradicional e passou a maior parte de sua carreira no MIT, Frances Ross passou a maior parte de sua vida profissional trabalhando no setor industrial, como especialista em microscopia na IBM. Nãofoi até2018 que ela chegou ao MIT para supervisionar os novos sistemas de microsca³pio eletra´nico de última geração que estãosendo instalados na nova instalação do MIT.nano.

Frances, que tem uma forte semelhança familiar com a irmã, diz: "estãoconfuso algumas pessoas, se elas não sabem que somos dois".

As irmãs cresceram em Londres em uma familia fortemente orientada para a ciência e os materiais. Seu pai, que trabalhou primeiro como cientista e depois como advogado, estãoatualmente trabalhando em seu terceiro doutorado, em cla¡ssicos. Sua ma£e, uma gemologista, éespecialista em combinar diamantes com precisão e supervisiona os testes de certificação para a profissão.

Depois de obter seu doutorado na Universidade de Cambridge em ciência dos materiais, especializada em microscopia eletra´nica, Frances Ross fez um pa³s-doutorado no Bell Labs em Nova Jersey e depois no Centro Nacional de Microscopia Eletra´nica da Universidade da Califórnia em Berkeley. De la¡, ela continuou seu trabalho em microscopia eletra´nica na IBM em Yorktown Heights, Nova York, onde passou 20 anos trabalhando no desenvolvimento e aplicação da tecnologia de microsca³pio eletra´nico para estudar o crescimento de cristais.

Quando o MIT construiu seu novo centro de fabricação e análise de nanotecnologia de ponta, o MIT.nano, ficou claro que a tecnologia de microsca³pio de ponta deveria ser uma caracterí­stica essencial do novo centro. Foi quando Ross foi contratado como professor, juntamente com o professor Jim LeBeau e o cientista de pesquisa Rami Dana, que tinham formação acadaªmica e industrial, para supervisionar a criação, o desenvolvimento e a aplicação desses microsca³pios no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais ( DMSE) e a comunidade mais ampla do MIT.

"Atualmente, nossos alunos precisam ir a outros lugares para fazer microscopia de alto desempenho, para que possam ir para Harvard, ou um dos laboratórios nacionais", diz Ross, que éa professora de Ciência e Engenharia de Materiais Ellen Swallow Richards. “Muitos avanços na instrumentação se uniram nos últimos anos, de modo que, se o seu equipamento for um pouco mais antigo, serárealmente uma grande desvantagem na microca³pia eletra´nica. Essa éuma área em que o MIT não investe hápouco tempo e, portanto, depois de tomarem essa decisão, o salto serámuito significativo. Na³s vamos ter uma capacidade de geração de imagens de ponta. ”

Havera¡ dois principais sistemas de microsca³pio eletra´nico para a ciência dos materiais, que estãogradualmente tomando forma dentro doníveldo pora£o isolado por vibração do MIT.nano, ao lado de outros dois já instalados, especializados em imagens biomédicas.

Uma delas seráuma versão avana§ada de um microsca³pio eletra´nico padra£o, ela diz, que tera¡ uma combinação única de recursos. "Nãohánada que exista com os recursos que estamos buscando aqui."

A mais importante delas, diz ela, éa qualidade do va¡cuo dentro do microsca³pio: "Na maioria das nossas experiências, queremos comea§ar com umasuperfÍcie que seja limpa atomicamente". Por exemplo, “podera­amos comea§ar com sila­cio limpo atomicamente e adicionar um pouco de germa¢nio. Como os a¡tomos de germa¢nio são adicionados a superfÍcie do sila­cio? Essa éuma pergunta muito importante para a microeletra´nica. Mas se a amostra estiver em um ambiente que não seja bem controlado, os resultados obtidos dependera£o da sujeira do va¡cuo. A contaminação pode afetar o processo, e vocênão pode ter certeza de que o que estãovendo éo que acontece na vida real. ” Ross estãotrabalhando com os fabricantes para alcana§ar na­veis excepcionais de limpeza no va¡cuo do sistema de microsca³pio eletra´nico sendo desenvolvido agora.

Mas o va¡cuo de alta­ssima qualidade éapenas um de seus atributos. “Combinamos o bom va¡cuo com recursos para aquecer a amostra, escoar gases e gravar imagens em alta velocidade”, diz Ross. “Talvez o mais importante seja para muitas de nossas experiências, usamos elanãtrons de menor energia para fazer a imagem, porque para muitos materiais interessantes, como materiais 2D, como grafeno, nitreto de boro e estruturas relacionadas, os elanãtrons de alta energia que são normalmente usado danificara¡ a amostra. ”

Juntar tudo isso, ela diz, "éum instrumento aºnico que nos dara¡ informações reais sobre reações desuperfÍcie, processos de crescimento de cristais, transformações de materiais, cata¡lise, todos os tipos de reações que envolvem a formação de nanoestruturas e a química nassuperfÍcies de materiais 2D".

Outros instrumentos e recursos também estãosendo adicionados ao portfa³lio de microscopia do MIT. Um novo microsca³pio eletra´nico de transmissão de varredura já estãoinstalado no MIT.nano e estãofornecendo análises químicas e estruturais de alta resolução de amostras para vários projetos no MIT. Outra nova capacidade éum suporte de amostra especial que permite aos pesquisadores fazer filmes de processos de desdobramento em águaou outros la­quidos no microsca³pio. Isso permite o monitoramento detalhado, de até100 quadros por segundo, de uma variedade de fena´menos, como crescimento em fase de solução, reações químicas desdobra¡veis ​​ou processos eletroquí­micos, como carregar e descarregar baterias. Fazer filmes de processos que ocorrem na a¡gua, diz ela, "éalgo novo para a microscopia eletra´nica".

Ross já montou um microsca³pio eletra´nico de va¡cuo ultra-alto no DMSE, mas sem a operação de resolução e baixa voltagem do novo instrumento. E, finalmente, um microsca³pio de tunelamento a ultra-alto va¡cuo começou a produzir imagens e medira¡ o fluxo de corrente atravanãs de materiais em nanoescala.

Em seu tempo livre, Ross e seu marido Brian gostam de velejar, principalmente na costa do Maine, com seus dois filhos, Kathryn e Eric. Como hobby, ela coleta amostras de areia da praia. "Eu tenho mil tipos diferentes de areia de vários lugares, e muitos deles de Massachusetts", diz ela. "Onde quer que eu va¡, essa éminha lembrana§a."

Mas, com seu intenso foco no desenvolvimento desta nova instalação de microscopia de classe mundial, hápouco tempo para qualquer outra coisa hoje em dia. Seu objetivo égarantir que seja a melhor instalação possí­vel.

"Espero que o MIT se torne um centro de microscopia eletra´nica", diz ela. “Vocaª sabe, com toda a ciência e física interessante de materiais que se passa aqui, combina muito bem com essa instrumentação exclusiva, essa combinação de alta qualidade de imagem e análise. Esses recursos exclusivos de caracterização realmente complementam o restante da ciência que acontece aqui. ”