Patricia A. Thiel

Patricia Ann Thiel (* 20. Februar 1953 in Adrian; † 7. September 2020) war eine US-amerikanische Chemikerin und Materialwissenschaftlerin und Professorin für Chemie an der Iowa State University. Sie erforschte Prozesse und Strukturen von Feststoffoberflächen auf atomarer Ebene.[1]

Patricia A. Thiel (Juni 2020)

Leben

Patricia A. Thiel wurde am 20. Februar 1953 in Adrian geboren und wuchs auf einer Farm im Südwesten von Minnesota in der Nähe ihres Geburtsortes auf. Sie besuchte zunächst eine Privatschule in Lismore und anschließend die High School in Adrian. Durch das National Merit Scholarship Program studierte sie später am Macalester College in Saint Paul Chemie.[2] 1975 schloss sie das Studium der Chemie mit Mathematik als Nebenfach mit dem Bachelor of Arts ab. Thiel war zunächst ein Jahr lang als Chemikerin für die Control Data Corporation tätig und schrieb sich anschließend mit finanzieller Unterstützung der National Science Foundation an der Fakultät für Chemie des California Institute of Technology ein. 1981 erlangte sie den Ph.D. in Chemie.[3][4][5]

Nach dem Abschluss war Thiel zunächst an der Ludwig-Maximilians-Universität München Teil der Forschungsgruppe von Gerhard Ertl, der 2007 den Nobelpreis für Chemie erhielt. 1982 arbeitete sie für die Sandia National Laboratories in Livermore, ehe sie nach kurzer Tätigkeit als Gastprofessorin an der Fakultät für Physik der University of California, Berkeley 1983 an die Fakultät für Chemie der Iowa State University ging und Mitarbeiterin des Ames Laboratory wurde.[5] Im Jahr 1988 wurde sie Associate Professor, 1991 Full Professor und 2001 Distinguished Professor. Außerdem wurde sie 2012 Professorin für Materialwissenschaft und -ingenieurwesen. Während dieser Zeit erhielt sie mehrere Preise[6] und hatte mehrere leitende Positionen inne. So leitete sie von 1988 bis 2004 die Abteilung für Materialchemie des Ames Laboratory und war von 2008 bis 2009 Forschungsleiterin des Labors. Von 1999 bis 2002 leitete sie die Abteilung für Chemie der Iowa State University. Darüber hinaus war sie von 2013 bis 2020 Mitherausgeberin des Journal of Chemical Physics.[7] Am 10. Dezember 2011 nahm sie an der Verleihung des Nobelpreises für Chemie an Dan Shechtman für dessen Entdeckung der Quasikristalle teil.[8]

Thiel war ab 1988 verheiratet und hatte zwei Kinder.[3] Sie starb am 7. September 2020.[9]

Forschung

Thiel untersuchte Strukturen und Prozesse an Feststoffoberflächen auf atomarer Ebene. Die gewonnenen Erkenntnisse sind für Mikroelektronik, Tribologie, Heterogene Katalyse und Nanotechnologie von Bedeutung. Sie veröffentlichte über 300 wissenschaftliche Publikationen, die bis 2019 über 12.000 Mal zitiert wurden. Dabei lag ihr Forschungsschwerpunkt in drei verschiedenen Bereichen.

Oberflächen von Quasikristallen

Thiels Forschungsgruppe untersuchte die Keimbildung und das Wachstum von Metallfilmen auf den Oberflächen von Quasikristallen und zeigte dabei, dass pseudomorphes Wachstum und seesternförmige Formationen an spezifischen Keimbildungsstellen auftreten können.[10][11] Dabei konzentrierte sie sich auf metallische, aluminiumreiche Quasikristalle und untersuchte, wie die Oberflächenstrukturen von Quasikristallen mit deren ungewöhnlichen Oberflächeneigenschaften, wie geringer Reibung, geringer Adhäsion und einer guten Oxidationsbeständigkeit zusammenhängen.[12][13][14][15]

Wechselwirkungen zwischen Wasser und Metalloberflächen

Thiel beschäftigte sich in ihrer Doktorarbeit mit Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wassermolekülen und Rutheniumoberflächen. An der Iowa State University setzte sie ihre Forschung über Wasser fort und entdeckte, dass die Desorptionskinetik von Wasser zu einem messbaren Isotopeneffekt führen kann.[16][17] Sie war die erste Wissenschaftlerin, die vorgeschlagen hatte, dass Wasserdoppelschichten in der Nähe von Feststoffoberflächen eine ähnliche Struktur wie Eis Ih besitzen könnten.[18] Zusammen mit Theodore E. Madey verfasste sie einen umfassenden Artikel über Eigenschaften und Wechselwirkungen von Wasser in der Nähe von Feststoffoberflächen.[19][20]

Keimbildung, Wachstum und Vergröberung von Metallnanostrukturen auf Oberflächen

Thiels Forschungsgruppe entdeckte, dass große zweidimensionale Metalladatom-Cluster auf Metallsubstraten bei Raumtemperatur eine signifikante Mobilität aufweisen können[21][22][23] und dies entgegen bisheriger Annahmen den Hauptgrund für die Vergröberung (größere Cluster, aber in geringerer Anzahl) dieser Cluster darstellt.[24][25] Zusammen mit James W. Evans beschrieb sie einen atomaren Mechanismus für das Wachstum von Metallfilmen.[26][27] Mithilfe dieses Mechanismus sagten sie eine ungewöhnliche temperaturabhängige Veränderung der Rauheit eines Films voraus, die sie später mittels Rastertunnelmikroskop experimentell bestätigten.[28][29] Es ist allgemein akzeptiert, dass dieser Mechanismus die Morphologie dünner Filme beim Wachstum bei niedrigen Temperaturen beeinflusst.[30]

Außerdem entdeckte die Gruppe eine Reihe natürlich vorkommender Metall-Schwefel-Komplexe mit verschiedenen Stöchiometrien, die die Stabilität der Merkmale von Metallen beeinflussen, indem sie den Abtransport von an der Oberfläche gelegenem Metall und die Vergröberung unterstützen. Für diese Arbeit wurde sie als eine von 66 Frauen in einer Ausgabe des Journal of Physical Chemistry zu Ehren des 150. Geburtstags von Marie Curie vorgestellt.[31][32][33] Zusammen mit ihren Mitarbeitern entdeckte sie auch, dass metallische Nanopartikel unter bestimmten Bedingungen als eingekapselte Cluster in der Nähe der Oberfläche von Graphit gezüchtet werden können.[34][35] Mithilfe eines Kontinuumelastizitätsmodells untersuchten sie die Gründe für die niedrige, abgeflachte Form dieser Partikel und sagten vorher, dass die Form größenunabhängig sein sollte.[36]

Auszeichnungen und Ehrungen
Commons: Patricia Thiel – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise
  1. Patricia A Thiel. Iowa State University, Department of Chemistry, abgerufen am 2. Dezember 2019.
  2. Tim Harlow: Obituary:Emil Slowinski wrote the book on chemistry. Star Tribune, 5. November 2015, abgerufen am 2. Dezember 2019.
  3. 2014 Medard Welch Award - Interview. Archiviert vom Original am 15. August 2020; abgerufen am 2. Dezember 2019.
  4. MSE Faculty and Staff - Patricia Ann Thiel. Abgerufen am 2. Dezember 2019.
  5. Biography: Patricia A. Thiel. AVS, archiviert vom Original am 24. September 2020; abgerufen am 2. Dezember 2019.
  6. Winter, Thiel receive Cassling Family Faculty Awards for outstanding teaching. Abgerufen am 1. Januar 2020.
  7. The Journal of Chemical Physics - Editorial Board. In: The Journal of Chemical Physics. Abgerufen am 2. Dezember 2019.
  8. Pat Thiel talks about attending the Nobel Prize ceremony. Archiviert vom Original am 4. August 2015; abgerufen am 2. Dezember 2019.
  9. Patricia A. Thiel Obituary. Abgerufen am 21. September 2020.
  10. T. Cai, J. Ledieu, R. McGrath, V. Fournée, T.A. Lograsso, A Ross, P. A. Thiel: Pseudomorphic starfish: Nucleation of extrinsic metal atoms on a quasicrystalline substrate. In: Surf. Sci. 526. Jahrgang, Nr. 1–2, 2003, S. 115–120, doi:10.1016/S0039-6028(02)02593-1, bibcode:2003SurSc.526..115C.
  11. H.R. Sharma, M. Shimoda, A.P. Tsai: Quasicrystal surfaces:structure and growth of atomic overlayers. In: Advances in Physics. 53. Jahrgang, Nr. 3, 2007, S. 403–464, doi:10.1080/00018730701269773, bibcode:2007AdPhy..56..403S (englisch).
  12. J. Y. Park, D. F. Ogletree, M. Salmeron, R. A. Ribeiro, P. C. Canfield, C. J. Jenks, P. A. Thiel: High frictional anisotropy of periodic and aperiodic directions on a quasicrystal surface. In: Science. 309. Jahrgang, Nr. 5739, 2005, S. 1354–1356, doi:10.1126/science.1113239, PMID 16123295, bibcode:2005Sci...309.1354P (pdfs.semanticscholar.org (Memento des Originals vom 16. März 2020 im Internet Archive) [abgerufen am 16. März 2020]).
  13. Enrique Macia: The role of aperiodic order in science and technology. In: Reports on Progress in Physics. 69. Jahrgang, Nr. 2, 2006, S. 397–441, doi:10.1088/0034-4885/69/2/R03, bibcode:2006RPPh...69..397M (englisch).
  14. R. McGrath, J. Ledieu, E.J. Cox, R.D. Diehl: Quasicrystal surfaces: structure and potential as templates. In: J. Phys.: Condens. Matter. 14. Jahrgang, Nr. 4, 2002, S. R119–R144, doi:10.1088/0953-8984/14/4/201 (englisch).
  15. J. Krim: Friction and energy dissipation mechanisms in adsorbed molecules and molecularly thin films. In: Advances in Physics. 61. Jahrgang, Nr. 3, 2012, S. 155–323, doi:10.1080/00018732.2012.706401, bibcode:2012AdPhy..61..155K (englisch).
  16. P. A. Thiel, F. M. Hoffmann, W. H. Weinberg: Monolayer and multilayer adsorption of water on Ru(001). In: The Journal of Chemical Physics. 75. Jahrgang, Nr. 11, 1981, ISSN 0021-9606, S. 5556–5572, doi:10.1063/1.441960, bibcode:1981JChPh..75.5556T.
  17. Dale.L. Doering, Theodore E. Madey: The adsorption of water on clean and oxygen-dosed Ru(001). In: Surface Science. 123. Jahrgang, Nr. 2–3, 2002, S. 305–337, doi:10.1016/0039-6028(82)90331-4 (englisch).
  18. Michael A. Henderson: The interaction of water with solid surfaces: fundamental aspects revisited. In: Surface Science Reports. 46. Jahrgang, Nr. 1–8, 2002, S. 1–308, doi:10.1016/S0167-5729(01)00020-6, bibcode:2002SurSR..46....1H (englisch).
  19. Patricia A. Thiel, Theodore E. Madey: The interaction of water with solid surfaces: Fundamental aspects. In: Surface Science Reports. 7. Jahrgang, Nr. 6–8, 1987, ISSN 0167-5729, S. 211–385, doi:10.1016/0167-5729(87)90001-X, bibcode:1987SurSR...7..211T.
  20. A. Hodgson, S. Haq: Water adsorption and the wetting of metal surfaces. In: Surface Science Reports. 64. Jahrgang, Nr. 9, 2009, S. 381–451, doi:10.1016/j.surfrep.2009.07.001, bibcode:2009SurSR..64..381H (englisch).
  21. T. Ala-Nissila, R. Ferrando, S.C. Ying: Collective and single particle diffusion on surfaces. In: Advances in Physics. 51. Jahrgang, Nr. 3, 2002, S. 949–1078, doi:10.1080/00018730110107902, bibcode:2002AdPhy..51..949A.
  22. Zhenyu Zhang, Max G. Lagally: Atomistic processes in the Early Stages of Thin-Film Growth. In: Science. 276. Jahrgang, Nr. 5311, 1997, S. 377–383, doi:10.1126/science.276.5311.377, PMID 9103189.
  23. J. -M. Wen, S. -L. Chang, J. W. Burnett, J. W. Evans, P. A. Thiel: Diffusion of Large Two-Dimensional Ag Clusters on Ag(100). In: Physical Review Letters. 73. Jahrgang, Nr. 19, 1994, ISSN 0031-9007, S. 2591–2594, doi:10.1103/PhysRevLett.73.2591, PMID 10057099, bibcode:1994PhRvL..73.2591W (iastate.edu).
  24. Pablo Jensen: Growth of nanostructure by cluster deposition: Experiments and simple models. In: Reviews of Modern Physics. 71. Jahrgang, Nr. 5, 1999, S. 1695–1736, doi:10.1103/RevModPhys.71.1695, arxiv:cond-mat/9903141, bibcode:1999RvMP...71.1695J.
  25. J.-M. Wen, J. W. Evans, M. C. Bartelt, J. W. Burnett, P. A. Thiel: Coarsening Mechanisms in a Metal Film: From Cluster Diffusion to Vacancy Ripening. In: Physical Review Letters. 76. Jahrgang, Nr. 4, 1996, ISSN 0031-9007, S. 652–655, doi:10.1103/PhysRevLett.76.652, PMID 10061513, bibcode:1996PhRvL..76..652W (iastate.edu).
  26. J. W. Evans, D. E. Sanders, P. A. Thiel, Andrew E. DePristo: Low-temperature epitaxial growth of thin metal films. In: Physical Review B. 41. Jahrgang, Nr. 8, 1990, ISSN 0163-1829, S. 5410–5413, doi:10.1103/PhysRevB.41.5410, PMID 9994410, bibcode:1990PhRvB..41.5410E (iastate.edu).
  27. Jean Lapujoulade: The roughening of metal surfaces. In: Surface Science Reports. 20. Jahrgang, Nr. 4, 1994, S. 191–249, doi:10.1016/0167-5729(94)90004-3, bibcode:1994SurSR..20..195L.
  28. C. R. Stoldt, K. J. Caspersen, M. C. Bartelt, C. J. Jenks, J. W. Evans, P. A. Thiel: Using Temperature to Tune Film Roughness: Nonintuitive Behavior in a Simple System. In: Physical Review Letters. 85. Jahrgang, Nr. 4, 2000, ISSN 0031-9007, S. 800–803, doi:10.1103/PhysRevLett.85.800, PMID 10991402, bibcode:2000PhRvL..85..800S (iastate.edu).
  29. Arthur F. Voter, Francesco Montalenti, Timothy C. Germann: Extending the Time Scale in Atomistic Simulation of Materials. In: Annu. Rev. Mater. Res. 32. Jahrgang, 2002, S. 321–346, doi:10.1146/annurev.matsci.32.112601.141541.
  30. J.W. Evans, P.A. Thiel, M.C. Bartelt: Morphological evolution during epitaxial thin film growth: Formation of 2D islands and 3D mounds. In: Surface Science Reports. 61. Jahrgang, Nr. 1–2, 2006, ISSN 0167-5729, S. 1–128, doi:10.1016/j.surfrep.2005.08.004, bibcode:2006SurSR..61....1E.
  31. G.C. Schatz, A.B. McCoy, J.E. Shea, C.J. Murphy, G.D. Scholes: Virtual Issue in Honor of the 150th Birthday of Marie Curie: Highlighting Female Physical Chemists. In: J. Phys. Chem. B. 121. Jahrgang, Nr. 43, 2017, S. 9983–9985, doi:10.1021/acs.jpcb.7b09653, PMID 29092405.
  32. Patricia A. Thiel, Mingmin Shen, Da-Jiang Liu, J. W. Evans: Coarsening of Two-Dimensional Nanoclusters on Metal Surfaces. In: The Journal of Physical Chemistry C. 113. Jahrgang, Nr. 13, 2009, ISSN 1932-7447, S. 5047–5067, doi:10.1021/jp8063849 (iastate.edu).
  33. Holly Walen, Da-Jiang Liu, Junepyo Oh, Hyunseob Lim, J. W. Evans, Christine M. Aikens, Yousoo Kim, P. A. Thiel: Cu2S3complex on Cu(111) as a candidate for mass transport enhancement. In: Physical Review B. 91. Jahrgang, Nr. 4, 2015, ISSN 1098-0121, S. 045426, doi:10.1103/PhysRevB.91.045426, bibcode:2015PhRvB..91d5426W.
  34. Yinghui Zhou, Ann Lii-Rosales, Minsung Kim, Mark Wallingford, Dapeng Jing, Michael C. Tringides, Cai-Zhuang Wang, Patricia A. Thiel: Defect-mediated, thermally-activated encapsulation of metals at the surface of graphite. In: Carbon. 127. Jahrgang, 2018, ISSN 0008-6223, S. 305–311, doi:10.1016/j.carbon.2017.10.103 (iastate.edu).
  35. Ann Lii-Rosales, Yong Han, James W. Evans, Dapeng Jing, Yinghui Zhou, Michael C. Tringides, Minsung Kim, Cai-Zhuang Wang, Patricia A. Thiel: Formation of Multilayer Cu Islands Embedded beneath the Surface of Graphite: Characterization and Fundamental Insights. In: The Journal of Physical Chemistry C. 122. Jahrgang, Nr. 8, 2018, ISSN 1932-7447, S. 4454–4469, doi:10.1021/acs.jpcc.7b12533 (iastate.edu).
  36. Scott E. Julien, Ann Lii-Rosales, Kai-Tak Wan, Yong Han, Michael C. Tringides, James W. Evans, Patricia A. Thiel: Squeezed nanocrystals: equilibrium configuration of metal clusters embedded beneath the surface of a layered material. In: Nanoscale. 11. Jahrgang, Nr. 13, 2019, ISSN 2040-3364, S. 6445–6452, doi:10.1039/C8NR10549A, PMID 30888382 (iastate.edu).
  37. Alfred P. Sloan Foundation - Past Fellows. In: Sloan Research Fellowships. Abgerufen am 2. Dezember 2019.
  38. Presidential Young Investigator Award/Reconstruction in Thin Films. In: National Science Foundation. Abgerufen am 2. Dezember 2019.
  39. Camille Dreyfus Teacher-Scholar Awards Program. Abgerufen am 2. Dezember 2019.
  40. Brian Oltman: Professor awarded honorary degree by French University. In: iowastatedaily. Abgerufen am 2. Dezember 2019.
  41. 2008 Iota Sigma Pi Honorary Member Award. In: Iota Sigma Pi. Abgerufen am 2. Dezember 2019.
  42. Ames Laboratory's Pat Thiel Receives Chemistry Honor. In: Ames Laboratory. Archiviert vom Original am 4. August 2015; abgerufen am 2. Dezember 2019.
  43. Arthur W. Adamson Award for Distinguished Service in the Advancement of Surface Chemistry. In: Chemical & Engineering News. Abgerufen am 2. Dezember 2019.
  44. Thiel Selected for ACS Adamson Award for Surface Chemistry. In: Ames Laboratory. Archiviert vom Original am 5. August 2015; abgerufen am 2. Dezember 2019.
  45. David Adler Lectureship Award in the Field of Materials Physics. In: American Physical Society. Abgerufen am 2. Dezember 2019.
  46. 2010 David Adler Lectureship Award in the Field of Materials Physics Recipient. In: American Physical Society. Abgerufen am 2. Dezember 2019.
  47. AAAS honors Iowa State, Ames Lab researchers for distinguished science. Abgerufen am 22. August 2020.
  48. Pat Thiel Named to Corbett Professorship. In: Ames Laboratory. Archiviert vom Original am 4. August 2015; abgerufen am 2. Dezember 2019.
  49. Dave Flanagan: Materials Research Society Announces 2012 MRS Fellows. In: Advanced Science News. Abgerufen am 16. März 2020.
  50. 2012 MRS Fellows. In: Materials Research Society. Abgerufen am 2. Dezember 2019.
  51. Outstanding Referees Program. In: American Physical Society. Abgerufen am 2. Dezember 2019.
  52. Patricia Thiel of Iowa State, Ames Laboratory elected to American Academy of Arts and Sciences. In: Iowa State University of Science and Technology. 16. April 2019, abgerufen am 2. Dezember 2019.
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