دانشیار

مصاحبه با پروفسورهاشم رفیعی­تبار، ریاست محترم آزمایشگاه تحقیقاتی علوم محاسبات فیزیکی، پژوهشكده علوم نانو، پژوهشگاه دانشهای بنیادی، تهران

رزومه مختصر مشاغل و فعاليتها

مشخصات فردی:

نام:    هاشم

نام فاميل:   رفيعی تبار

سال و محل تولد:   25 آذر ماه 1327 , تهران

مدارج تحصيلی:

ليسانس در فيزيک (لندن)

فوق ليسانس در فيزيک و تکنولوژی هسته ای (لندن)

دکترا  در فيزيک نظری ذرات بنيادی (لندن)

مشاغل، فعاليت ها، و دستاوردهای گذشته و جاری

داخل کشور

·         استاد رشته نانوتکنولوژی  محاسباتی، گروه فيزيک و مهندسی پزشکی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی شهيد بهشتی از سال 1384 .

·         پايه گذار پژوهشکده علوم نانو (اولين نهاد پژوهشی نانو تکنولوژی در ايران) در  پژوهشگاه دانشهای بنيادی(IPM) در سال 1382 .

·          رياست پژوهشکده علوم نانو در پژوهشگاه دانشهای بنيادی(IPM)  از ابتدای تاسيس آن در1382.

·         استاد نانو تکنولوژی محاسباتی و فيزيک ماده چگال در پژوهشگاه دانشهای بنيادی(IPM) از سال 1380 .

·          پايه گذار حوزه نانوتکنولوژی در ايران در سال 1380  و موسس و رئيس  اولين کميته نانو تکنولوژی در وزرات علوم ، تحقيقات و فناوری 1381-1383.

·         پايه گذار اولين دوره دکترا  تخصصی (PhD)   در حوزه علوم و فناوری نانو در ايران د ر سال 1382.

خارج از کشور

·         رئيس بخش علوم نانو در دانشگاه گرينویچ(Greenwich University)  انگلستان به مدت 7 سال (1993- 2000 ميلادی ).

·         استاد مدعو و پايه گذار رشته نانوتکنولوژی محاسباتی، دانشگاه توهوکو(ژاپن)( Tohoku University  ) (1992-1993 ميلادی).

·         محقق ارشد و پايه گذار حوزه  نانو- فيزيک محاسباتی در دانشگاه اکسفورد.   

             (Oxford University)انگلستان (1990- 1992  ميلادی) .

·         محقق ويزيتور در حوزه مبانی نظری مکانيک کوانتومی لابراتور فيزيک نظری، انستيتو هانری پوآن کاره (Institute Herni Poincare) پاريس 1984-  1987 ميلادی.

·         مشاور آموزشی سازمان ملل(United Nation Educational Consultant) (طرح تاکتن)( 1994 -1995 ميلادی) .

·         رياست مشترک کميته کنفرانس جهانی فيزيک و توسعه پايدار در افريقای جنوبی در سال  2005

            (International Conference on Physics and Development South Africa).

·         تدوين کننده و مسئول بيش از 8 طرح بزرگ پژوهشی در انگلستان ، ژاپن و لهستان.

·         ارائه بيش از 150 سخنرانی علمی در اکثريت دانشگاههای ايران، و در دانشگاههای انگلستان، ژاپن ، آمريکا، لهستان، آلمان.

·         فعاليت پژوهشی  و چاپ بيش از 70 مقاله علمي در معتبرترين ژورنال های جهانی در 5  حوزه  متفاوت: فيزيک ماده چگال، مبانی مکانيک کوانتومی، نانو فيزيک محاسباتی،  نانوبيو فيزيک، نظريه مواد.

·         انتشار فصلهای کتب به زبان انگليسی در حوزه نانو تکنولوژی بنا بدعوت هيت های ويراستاری.

·         تاليف اولين کتاب کامل در حوزه فيزيک محاسباتی نانو لوله­های کربنی به زبان انگليسی از طرف موسسه انتشارات دانشگاه کمبيرج انگلستان (Cambridge University Press) در  نوامبر 2007 از چاپ خارج شد.

·         دارنده مقالات پر ارجاع  در سال 2005.

·         برنده جايزه انستيتو مواد در انگلستان در سال 1994 ميلادی  بخاطر اولين تحقيقات محاسباتی در حوزه علوم نانو.

·         دريافت کننده پژوهشانه ويژه از آکادمی علوم بريتانيا ( انجمن سلطنتی علوم).

·         چهره ماندگار در نانو تکنولوژی در سال 1385.

·         پژوهشگر برتر نانو تکنولوژی در سال 1385 (منتخب جشنواره برترين های نانو فناوری ايران، ستاد ويژه توسعه نانو فناوری و ابسته به رياست جمهوری).

مرکز تحقیقات فیزیک و ریاضیات (IPM) در تهران و در خیابان فرمانیه واقع است. این مرکز، پژوهشگاه علوم نانو را هم به ریاست آقای رفیعی­تبار دربردارد. پژوهشگاه نجوم به ریاست دکتر منصوری در باغ لارک واقع در اتوبان ارتش در زمینۀ نجوم فعالیت می­کند. بنا به گفته این پژوهشگاه؛ طرح رصدخانه ملی توسط دکتر منصوری در پنج سال آینده به مرحله اجرا در می­آید.

فناوری نانو چیست و تاریخچه پیدایی آن را ذکر کنید.

در حدود اوایل قرن گذشته یعنی قرن بیستم، ما هنوز درک درستی از ساختار و ساختمان اتم نداشتیم و نمی­دانستیم که یک اتم، دارای یک هسته مرکزی است که عمده جرم اتم در آن متمرکز شده است. نمی­دنستیم که این هسته بار مثبت دارد و حول و حوش آن یک ابری با بار منفی در حال حرکت است که بعدها، این ابر را شباهت دادند به ذراتی به نام "الکترون".

با توجه به کوششهایی که رادرفورد در انگلستان انجام داد، تمام موارد بالا اثبات شد. آزمایشات او از بارش ذرات آلفا به یک لایۀ نازکی از طلا شروع شد. او متوجه شد که این ذرات در زوایایی؛ پراشیده (scattering) می­شوند و این همساز است با یک جسمی که در مرکز متمرکز شده است.

با توجه به اینکه هسته اتم و ابر الکترونی به ترتیب دارای بار مثبت و بار منفی هستند، اتم در حالت طبیعی خنثی است. بعد از اثبات این مورد، این قضیه مطرح شد که اگر یک ذره باردار منفی در اطراف هسته مرکزی با بار مثبت مدام در حال چرخش باشد، پس چگونه این اتم به صورت ایستا (stable) باقی می­ماند. و در واقع مسئله این بود که ذرۀ بادار منفی با حرکت کردن، از خود تابشی را ساطع می­کند درنتیجه مدام انرژی از دست می­دهد و سرانجام این انرژی از دست رفته و بر روی هسته سقوط می­کند. این شرایط همانند موردی است که فردی به­طور مداوم می­دود و بالاخره نفس آن می­گیرد و خسته می­شود و می­ایستد. اگر الکترون روی هسته سقوط کند پس تمام ساختار اتم فرومی­ریزد. سرانجام آقای نیلز بور و دوستانش به سؤال پاسخ دادند به این صورت که الکترون فقط می­تواند انرژی­های خاصی را بگیرد و در هر ترازی که قرار می­گیرد با همان انرژی شروع به چرخش در اطراف هسته می­کند و برای اینکه الکترون بتواند از ترازی خارج شود؛ باید یا انرژی از دست دهد و یا انرژی دریافت کند. بنابراین تنها در این صورت است که یک اتم کاملا پایداری را داریم.

بعد از یک سری آزمایشات و تحقیقات؛ در حدود سالهای 1935-1930 میلادی، به این جا رسیدیم که تک اتم­ها در طبیعت می­توانند با همدیگر همپوشانی (overlap) داشته باشند و از این همپوشانی، می­تواند مولکول­هایی به وجود بیایند. و اگر یک همپوشانی منظمی داشته باشیم، بلور با ساختار منظم تشکیل می­شود. این موضوع جالبی بود که این همپوشانی چگونه و چطور به وجود می­آید. چرا دو اتم کربن و یا مثلا یک اتم کربن و هیدروژن با روی هم­افتادگی ترازها و مدارهایشان و انتقال الکترون به همدیگر، می­توانند در کنار هم بمانند؟ در بعضی مواقع این همپوشانی خیلی بی­شکل است و در موارد دیگر با قواعد خاصی شکل می­گیرد مانند مولکول آب که دو اتم هیدروژن با یک اتم اکسیژن مانند عدد هشت ایرانی و با زاویه 107 درجه همدیگر را نگه می­دارند.

این مسئله در فکر مردم بود که آیا انسان می­تواند، خود، یک سری مولکولهای مصنوعی یا درحقیقت بلورهای مصنوعی را به وجود بیاورد. یعنی خود انسان بتواند این همپوشانی بین اتم­ها را انجام دهد. و اگر بتوانیم این کار را انجام دهیم، آیا قوانین فیزیک نقض می­شوند و برای انجام این کار چه وسایلی مورد نیاز است. اینها سؤالاتی بود که در ذهن خیلی از دانشمندان و محققان هم بود ولی کسی جرأت نمی­کرد؛ اینها را به بیرون انتقال دهد. به هرحال در هر رشته­ای یک فرد یاغی داریم. در رشته فیزیک هم، این فرد یاغی که در این مورد سؤال­هایی را جلوتر از زمان حال مطرح می­کرد، به صحنه آمد. این شخص "ریچارد فاینمن" نام دارد که خدمت­اش در فیزیک اگر کمتر از انیشتین نبود؛ در حد انیشتین بود. او این موضوع را در زمینه­های مختلف مطرح کرد و گفت که امکان چیدمان دلخواه اتم­ها در کنار همدیگر توسط انسان، وجود دارد و می­توانیم ساختارهایی را به وجود بیاوریم که اولا این ساختارها در مقیاس­های کوچک باشند{ او اصطلاح نانومتر (nanometer) را بکار نبرد- اما اگر کوچکترین اتم که اتم هیدروژن است را در نظر بگیرید؛ قطر آن 1/0 نانومتر است (یک آنگستروم) و اگر ده تا از این اتم را کنار هم قرار دهیم، یک نانومتر طول دارد- مردم می­دانستند ک یک نانومتر چه ایده­ای است ولی به هرحال نمی­توانستند این حد کوچک را در ذهن خود جای دهند}. فاینمن چیزی را مطرح کرد که یک پروژه عظیم بود و آن این بود که با چیدمان اتم­ها کنار هم و بالا بردن این چیدمان، می­توان ساختارهایی را به وجود آورد که همانند آن در طبیعت موجود است. یعنی انسان می­تواند الگوی ساختن ساختارهای مواد در طبیعت را با این چیدمان دنبال کند.    

 این ساخته ها می­توانند همانندهای خودشان را به وجود بیاورند و تکثیر بکنند، مانند ویروس. ویروس در بدن شما در حدود 50 نانومتر است. در داخل ویروس در حقیقت یک مکانیسم و برنامه کامپیوتری نهفته شده است که به ویروس یکسری اطلاعات می­دهد و در نتیجه ویروس می تواند بدون خطا دائم خودش ر ا تکرار و تکثیر کند. بنابراین فناوری نانو را فاینمن در سال 1959 میلادی (حدود 1339- 1340 شمسی ) مطرح کرد و گفت که من مطالعه کردم قوانین فیزیک در مقابل این کار قرار نمی­گیرند. یعنی قوانین فیزیک به شما اجازه می دهند که این ساختارها را بوجود بیاورند. فاینمن این فناوری را تنها به صورت یک سخنرانی مطرح کرد.

 آیا فاینمن این موضوع " قوانین فیزیک در فناوری نانو نقض می شود" ، را با آزمایش اثبات کرده است؟

 ببینید فاینمن یک درک خیلی آرشیتکتیستی (درک معماری) از فیزیک داشت. من چون خودم در انگلستان بزرگ شدم و اینطور تربیت شدم این  را می گویم. وقتی دانشجویان در انگلستان و آمریکا، رشته فیزیک را می­خوانند کوشش می کنند که مثل یک مهندس معمار طرح خانه را برای شما طراحی کنند. آنها به شما اندازه آشپزخانه و اطاق خواب و ... را نمی­گویند اما به شما می­گویند اگر آشپزخانه در اینجا و اطاق خواب در آنجا ... باشد، این یک زیبایی خاصی را به ساختمان شما می­دهد. در واقع طرح کلی را به شما می­دهند. کسانی که در اروپا در زمینه فیزیک پژوهش می­کنند – کسانی نظیر فاینمن یک درک آرشیتکتیستی از فیزیک دارند و این خیلی مهم است. در واقع آنها یک ساختار کلی از نظریه شان را مطرح می­کنند. مثال می­زنم، مثلاًًًًًً من می­دانم یک معادله درجه دوم باید چه کار کند ولی اگر بخواهم آن را حل کنم باید مانند دیگران به جدوال و فرمول­ها و ... مراجعه کنم. خیلی از مواقع ما این جداول و فرمول­ها را با خودمان حمل نمی­کنیم و برای بررسی مطلب مورد نظرمان به آنها رجوع می­کنیم. خیلی از مواقع وقتی درس می­دهم به جزوه مراجعه می­کنم و چیزی را حفظ نمی­کنم. ما همیشه کوشش می­کنیم که یک دانشی را به دانشجویان انتقال بدهیم که در حقیقت مانند این است که جنگل و ساختار کلی را ببینند و همیشه در بالا بایستند. فاینمن درکی که از فیزیک داشت، البته نه تنها فاینمن بلکه تمام دانشمندان اروپا مانند نیوتن، انیشتین و دیگران این طور بودند. مثلا انیشتین در تئوری نسبیت تسلط زیادی داشت و در عین حال از مکانیک کوانتومی و تئوری سیالات و ... اطلاع کافی داشت. اما الان، برای هر کدام از این رشته ها باید مدرک دکترا گرفت ولی در آن زمان، فرد با وجودی که طب و پزشکی کار می­کرد، ویلون هم می­نواخت. در آن زمان، درک علم را شاخه شاخه نکرده بودند البته علم هم آنقدر گسترده نبود مثلا نیوتن با اینکه در اکثر رشته ها تبحر داشت، فلسفه هم می­دانست. در قدیم دانشمندان ایرانی هم همین­گونه بودند مانند میرداماد و استاد او. اما امروزه مجبوریم که علم را شاخه شاخه کنیم.

درک فاینمن اینگونه بود باید بتوانیم دو اتم را از نقطه « الف» به نقطه «ب» بیاوریم و به هم نزدیک کنیم و اجازه بدهیم که با استفاده از عملکرد مکانیک کوانتومی یعنی هم پوشانی مدارهای الکترونی و یا ناشی از نیروهای واندروالس که نیروهای نسبتا مکانیکی هستند، این تعامل صورت بگیرد و همچنین او گفت  زمانی خواهد رسید که ما در حقیقت می­توانیم وسایلی را درست کنیم تا به این هدف برسیم.

در حدود سالهای 1970 میلادی یعنی حدود 25 سال بعد از سخنرانی او، ژاپنی ها کاملا مستقل از صحبتهای فاینمن، اعلام کردند که ما تاکنون تکنولوژی به نام «ماکروالکترونیک» ( macroelectranic) را بکار می­بردیم{ابعاد تراشه های روی ترانزیستورها در حد میکرونی است و ژاپنی­ها با این تراشه ها کار می­کردند} و گفتند می­خواهیم این کوچک سازی را ادامه بدهیم و به تکنولوژی « نانوالکترونیک»electronic) (nano برسیم. یک فرد معروفی به نام  «تنکوچی» که هنوز هم زنده است و در NEC (مرکز سازمان الکترونیک ژاپن) فعالیت می­کند، لغت «نانوتکنولوژی» (nano technology) را به کار برد. منتها درک ژاپنیها با درک فاینمن کاملا متفاوت است. ژاپنی­ها از نانوتکنولوژی، کوچک سازی را می­فهمیدند یعنی از مقیاس بالا به مقیاس پائین کوچک کنیم. مانند یک درخت که آن را آنقدر می­تراشیم را به یک مجسمه برسیم. اما فاینمن و دیگران، نظریاتشان این بود که تک اتمها را مانند آنچه که در طبیعت اتفاق می­افتد چیدمان کنیم و از مقیاس پائین به مقیاس بالا پیش برویم.

شما نظرتان در این باره چیست؟

نظر من اینست که کار ژاپنی­ها کوچک سازی است و آنها  نانوتکنولوژی انجام نمی­دهند. حالا ممکن است که در این فرایند به مقیاس نانو هم برسند. و چیزی که مهم اینکه همیشه باید در موضوع نانوتکنولوژی مراقب این بود که «فناوری نانوتکنولوژی» را به عنوان «کوچک سازی» فرض نکنیم بنابراین به مجموعه تکنیکهایی که به چیدمان اتمها کنار همدیگر ناشی می­شود، «تکنولوژی نانو» گفته می­شود. یکی از کارهایی که ژاپنی ها انجام می­دهند اینست که ماده­ای را به صورت پوردمانند که در داخل آن ذراتی در مقیاس میکرونی هستند، در یک درام (Dram)، چیزی شبیه طبل، به همراه ساچمه­هایی قرار می­دهند و این مجموعه را به سرعت می­چرخانند.

آیا منظور شما همان پراش پرتو ایکس است؟

می تواند آن هم باشد، اما این یک کار مکانیکی است که در واقع با برخورد ساچمه­ها به پودر آنها آنقدر خرد می­شوند که به «نانو پودر» تبدیل می­شوند. این کار را در دانشگاه علم و صنعت هم می توان انجام داد. نانو پودر خواص کاملا متفاوت با خواص پودر معمولی دارد و این به دلیل این است که هر کدام از این نانو پودرها (هر کدام از گرین­ها) سطح بزرگی نسبت به حجم­شان دارند. این مسئله خیلی مهم است شما در دنیای خارج از طریق سطح در تماس هستید مثلا وقتی لباس را می­شوئید و آن را پهن می­کنید، چون سطح گسترده ای پیدا می­کند به سرعت خشک می­شود بنابراین عامل سطح خیلی اهمیت دارد. اگر این نانو پودر را فشرده (Sintering) کنید و با قرص درست کنید مثلا قرص آهن، این قرص تولید شده نسبت به قرص آهن معمولی در دمای بسیار بالاتری ذوب می­شود پس یکسری خواص ماده در این فرایندها تغییر می­کنند. مطلبی را که بیان کردیم، نانوتکنولوژی نیست بلکه کار کردن در مقیاس نانو است. یعنی شما باید بین نانو تکنولوژی و کارکردن در مقیاس نانو تفاوت قائل شوید. یک مثال دیگر می­توان زد. مثلا شیمیدان­ها از زمان لاوازیه (سال 1850 میلادی)، مولکول و مخمر و انواع و اقسام این مواد را سنتز می­کردند ولی نانوتکنولوژی  می­تواند مولکولی را به نان «مولکول هوشمند» سنتز کند. مولکول هوشمند مولکولی است که می­تواند همانند خودش را را تولید کند و یا می­تواند سلولهای سرطانی را شناسایی و از بین ببرد. این مولکول «مولکول نانوتکنولوژی» است چون کاملا آگاه و هوشمند است. مولکولی که شیمیدان­ها سنتز می­کنند، یک مولکول کوری است. مانند اینکه شما دو یا چند ماده را با هم مخلوط می­کنید و هیچ کنترلی روی فرایند آن ندارید و تنها نتیجه آن (مثلا یک ماده جدید زرد رنگ) را می­بینید و آن را مولکول شوینده مانند صابون می­نامید در واقع مولکول صابون آبگریز به اصطلاح روغن گریز است و همراه با روغن و آب حل می­شود و پاک می­کنند ولی در نانوتکنولوژی می­توان مولکولی را طراحی کرد که اگر به عنوان شوینده بکار رود، به صورت هوشمند باشد. مثلا بر پایه درجه چربی دست شما تصمیم بگیرد؛ چقدر باید در این روند شرکت کند و با چند مولکول آب متحد شود. در واقع این مولکول هوشمند شوینده­ای محیط را شناسایی می­کند.

در پزشکی هم دارویی به نام «داروی هوشمند» داریم. این دارو به این صورت عمل می­کند که اگر شما فراموش کردید چند عدد قرص خوردید، این دارو در محیط بدن شما هوشمند است. اگر دارو به مقدار زیادتر خورده باشید، در بدن فعال نمیشود و اجازه می­دهد که داروهای اضافه تر (دوزهای اضافه دارو) مصرف شود و سپس فعال می­شود و خودش را رها (Release) می­کنند.

در واقع می­توان اینطور گفت که کنترل دارو دست ماست؟

بله، ما کنترل هوشمند را در آن قرار می دهیم.

چطور و با چه وسایلی می­توان این کار را کرد؟

با انواع و اقسام کامپیوترها می توان دارو را هوشمند کرد. در زمانی که مولکول را طراحی می­کنیم، می­توانیم این خاصیت را بین پیوندهای اتمهایش قرار دهیم. مکثلا می­توانیم یک ماده ای را با «حافظه» (memory) طراحی کنیم به صورتی که هر گونه تغییر شکلی در آن اتفاق بیفتد، به حالت اولیه خود برگردد مانند پلیمرها که براحتی خم می­شوند و دوباره به حالت اولیه خود بر می­گردند. از این ماده می توان برای سپر ماشینها استفاده کرد که در اثر ضربه به حالت اولیه خود برمی­گردند. به این ماده ها «modeled shape memory alloys» می­گویند یعنی آلیاژهای حافظه داری که شکل و حافظه شان در ارتباط با همدیگر است. حتی می توان ماده ای طراحی کرد که تعداد پیوندهای بین اتمهایش به مقدار دلخواه ما باشد در ضمن باید یکسری شرایط مانند دما را برای آن کنترل کرد.

بنابراین تمام پیشنهاداتی که در علم نانوتکنولوژی نه تنها در ایران بلکه در دنیا صورت می­گیرد، در واقع از اتفاقاتی که در طبیعت است، نشأت می­گیرند. من استاد دانشگاه علوم پزشکی هستم و پزشک نیستم. اما می توانیم در آنجا تمام ساختارهای زیستی را در مقیاس­های مولکولی و اتمی مورد مطالعه قرار دهیم. دو نفر از دانشجویان من در این زمینه مدرک دکترا گرفتند. مثلا در داخل سلول انسان ماشینی به نام «ماشین Kivenzy» قرار دارد که در مقیاس نانو است و مانند انسان راه می­رود و می تواند بار را انتقال دهد. اگر روی این ماشین بار قرار دهیم به طرف هسته سلول می­رود. در آنجا ماشین دیگری به نام «ماشین Atepy» که فیور تولید می­کند قرار دارد. تمام این اتفاقات بدون دخالت عمدی ما انجام می­شوند و در واقع محیط این شرایط را فراهم می­کند. {کاری که ما می­کنیم نوعی تقلید است، تقلید از نیروهایی که چهار میلیارد سال طول کشیده است در طبیعت بوجود بیایند} . یک DNA، نوزده متر است ولی در 2 نانومتر پیچانده شده است. امکان دارد شما بتوانید یک قرقره نوزده متری را دو نانومتر بپیچانید. DNA آنقدر خطا و آزمون کرده که این ساختار بوجود آمده است و در واقع کروموزم نوزده متری در آن قرار دارد. کاری که می توان انجام داد اینست که این روند را یاد بگیریم و تقلید کنیم. نانوتکنولوژی بزرگترین دستاوردش اینست که بتواند این کار را یاد بگیرد و همانندش را بوجود بیاورد.

در ویروس ژنی وجود دارد که خطر ویروس از آن ناشی می شود. اگر بتوان این ژن که ناقل بیماری است را خاموش کرد، پس در حقیقت خطر ویروس را از بین می­بریم. در داخل خود آن ویروسی که میزبان (Host) نام دارد، یک ماده مفیدی را قرار می­دهیم و به داخل بدن می­فرستیم. در این صورت می­تواند خودش را به نفع ما تکثیر کند. مثلا ویروس ضد سرماخوردگی در بدن در برابر ویروس سرماخوردگی پخش می­شود. بنابراین می­توان داروهای ضد سرطان را به سلول­های سرطانی رساند و در واقع انسان در این روش بر روی دارو کنترل پیدا می­کند. یعنی آن ژن خاص که خطرناک است را خاموش (Switch Off) می­کند و به آن اجازه تکثیر شدن نمی­دهد.

ادامه دارد...