Új Szó, 2010. október (63. évfolyam, 226-251. szám)
2010-10-11 / 234. szám, hétfő
18 Tudomány ÚJ SZÓ 2010. OKTÓBER 11. www.ujszo.com Örömteli, hogy a Nobel-díj bizottság visszatért a múlt század gyakorlatához: volt mersze fiatal kutatónak odaítélni a fizikai felfedezésekért járó kitüntetést Az ezerarcú szén hihetetlen története Ilyen még nem volt: a világ legrangosabb kitüntetését olyan tudós kapta, aki tíz évvel korábban elnyerte a leghaszontalanabb fizikai felfedezésért járó anti-No- bel díjat. Ezúttal más tettéért értékelték, viszont az általa 2000-ben bemutatott lebegő békának több köze van az új csodaanyaghoz, a grafénhez, mint azt első pillanatban hinnénk. OZOGÁNYERNŐ Andre Konstantinovich Geim nemcsak a fizikusok, hanem a széles nagyközönség körében egy további találmánya kapcsán, a szupertapadó gekkó-ragasztószalag megalkotójaként ismert, amelyet a lábujjainak végén apró tapadókorongokkal rendelkező, a plafonon is szaladgáló gyíkfajtáról nevezett el. A csodaragasztó feltalálásától egyenes út vezetett a nagyon vékony rétegek fizikáját felhasználó, egyetlen atom vastagságú „hártya” kifejlesztéséig. Az is örömteli, hogy idén a Nobel-díj bizottság visszatért a múlt század első felére jellemző gyakorlathoz: volt mersze egy fiatal kutatónak odaítélni a fizikai felfedezésekért járó kitüntetést. Bár a legtöbb róla szóló tudósítás megemlíti a korát, Konstantin Sergeevich Novoselov a maga harminchat évével korántsem a legfiatalabb a sorban. Ez a dicsőség William Lawrence Brag- got illeti meg, akit huszonöt évesen tüntettek ki, Werner Heisenberg és Paul Dirac harmincegy, Rudolf Mössbauer harminckét, Brian Josephson harminchárom, Max von Laue harmincöt volt a díj átvételekor. Hozzájuk képest Marie Curie-Sklodowska szinte nagymamának tűnhet a maga harminchat évével. A fentiekből is kiderül, hogy a két kutató közül az előbbi a színesebb egyéniség. Andre Konstantinovich Geim 1958. október 1-jén a világhírű szovjet üdülőhelyen, Szocsiban látta meg a napvilágot. A nevezetes moszkvai műegyetememen, a Fiztechen végzett 1982-ben, ezt követően az egykori szovjet, ma orosz tudományos akadémia chemkogolovkai kutatóintézetében kezdett a szupravezetéssel foglakozni. Doktorátusát 1987-ben szerezte meg. Három évvel később Nyugatra távozott, először a nottinghami, majd a bat- hi, végül a koppenhágai egyetemen folytatott posztdoktorátusi tanulmányokat. A holland nijme- geni egyetem tanára lett, ahol a szupravezetéssel és diamágnes- séggel foglalkozott. Nagyon alacsony hőmérsékleten - az abszolút nulla fok közelében - a legtöbb anyag elveszíti villamos ellenállását, szupravezetővé válik, ilyenkor diamágnesként is viselkedik, kiszorítja magából a külső mágneses teret. Kutatásait 2001-től a manchesteri egyetemen folytatta. 2007-től az angol tudományos akadémia, a Royal Society tagja. A nevezetes békalebegtetési kísérletet 2000-ben mutatta be, igazolásául a szerves széntartalmú diamágnesek viselkedésének külső mágneses térben. Tudománytörténeti jelentőségű, hogy miért éppen ezt a kétéltűt használta a bemutatón: kétszáztíz évvel korábvek növesztését. Laboratóriumi körülmények között az eredmény fekete grafitporszerű anyag, amelyben keverednek a különböző tulajdonságú anyagrészecskék, melyeket eddig nem sikerült szétválasztani. Geim és Novoselov más utat választott: a feltekeredett fullerén nanocsövecskék növesztése, majd szétválogatása helyett azt tűzték ki célul, hogy „széttekerik” az apró kis hengert, önmagával kapcsolva össze az egyes szénláncokat, mint amikor a takácsok a fonalból összefüggő szövetet szőnek, ami az adott célhoz szükséges méretű darabokra szabdalható. Ezzel a bravúrral egy csapásra megoldódott a fő probléma: nincs szükség a különböző tulajdonságú nanocsövek szétválasztására, hiszen egy homogén anyag keletkezik. Az általuk előállított hártyát úgy a legegyszerűbb elképzelni, mint egy méhviasz lapot, ahol a hatszögletű kristálysejtek csomópontjaiban helyezkednek el az egyes szénatomok. A két orosz tudós által megalkotott hártyának nemcsak villamos tulajdonságai alakíthatók ki a célnak megfelelően, hanem szakítószilárdsága is elképesztően nagy. A szénnek van egy hasonló, négy vegyértékű párja, a szilícium, Viszont ez mai ismereteink szerint csakis szervetlen formában fordul elő, mely a kvantummechanika egyik bravúrjának, az integrált áramköröknek az alapját képezi. Most már kimondható: nem sokáig. A grafitból Geim és Novoselov által kifejlesztett, atomnyi vastagságú grafénhártya hamarosan kiszorítja a gyakorlatból. A gráfén elképesztően sokoldalú: a réznél sokkal jobban vezeti az áramot, de félvezetőként is megállja a helyét, mivel vezetési tulajdonságai szabályozhatók, helyettesítheti a szilíciumot. A jelenlegi, szilíciumalapú integrált áramkörök egyik nagy hiányossága modem korunkban, hogy egy áramköri szeletkén egymillió tranzisztornál több nem zsúfolható össze. Viszont ez lelassítja a belőlük épített számítógépeket, ahol már az esetlegesen „átugráló”, tehát üzemzavart okozó elektronok mellett a fény haladási sebessége (amely háromszázmillió méter másodpercenként!) is akadálya a gép műveleti sebessége növelésének. E „hiba” kiküszöbölésére a gráfén kiválóan alkalmas. Jelenlegi ismereteink szerint akár egymillió- szőr több tranzisztort lehet ugyanakkora felületen kialakítani, a jövő számítógépei ennek megfelelően akár százezerszer gyorsabbak és „okosabbak” lehetnek a maiaknál. De ez még csak egy-két évtizedes távlatban rajzolódik ki. Hogy mi a gyakorlatban megvalósítható határ, az pillanatnyüag beláthatatlan. Akárcsak további felhasználási területe. A gráfén nagy szilárdságának köszönhetően az élet szinte minden területén alkalmazható, műanyaggal vegyítve nagy szakító- szüárdságú és szuperkönnyű anyagok állíthatók elő belőle, ennek megfelelően akár űreszközökben, autókban vagy a repülőgépiparban is felhasználható. Ha sikerül az ipari előállítását megoldani, akár százkilós gépkocsival utazhatunk, egytonnás repülőkkel szánt- hatjukazeget.Egybiztos: agrafén teljesen át fogja alakítani a mindennapi életet. A Nobel-díj bizottság döntése ezúttal igazi telitalálat volt. Az emberiség áldani fogja a két orosz kutató, Geim és Novoselov nevét. két, vegyszereket, műanyagot lehet gyártani, ráadásul az egysej- tűektől az egész növényvilágon át az emberi szervezetig bezárólag minden élő szervezet alapja. Csak van vele egy nagy probléma: vegyileg nagyon stabil, bár képes reakcióba lépni, de csak más elemekkel. Önmagával szinte soha. Nos, 1985-ben Robert F. Curl, Harold W. Kroto és Richard E. Smalley átvágta a gordiuszi csomót: felfedezték az egymilliomod milliméter átmérőjű, hatvan szénatomból álló „göm- böcskét”, amely a keresztségben a fullerén nevet kapta. Ezzel igazolódott, hogy a szén képes önmagával reakcióba lépni. Meglepő, de nem valamilyen műszaki kérdésre keresték a választ, amikor világrengető felfedezésüket megtették, egy széncsillag közelében lejátszódó fizikai folyamatokat próbáltak modellezni. Kísérleteik közben olyan atomfürtökjöttek létre, amelyek hatvan szénatomot tartalmaztak. Hogy mekkora áttörést jelentett felismerésük, arra a legjobb példa, hogy tizenegy év múltán mindhárman megkapták érte a kémiai Nobel-díjat. Tudományos beszámolójuk a fullerén felfedezé(SITA-felvételek) séről felbolygatta a kutatók világát, egyre lázasabban kezdték keresni a szén-szén „vegyületeket”. Aki keres, az talál: Sumio Iijima japán tudós 1991-ben felfedezte a szén-na- nocsöveket. A megnevezés onnan ered, hogy méretük nagyjából egymilliomod milliméter, vagyis egy nanométer. Az ilyen nanocső egy atom vastagságú, egyik irányban hosszúra nyúlt fullerénmole- kulák sora, amelyek „feltekert” állapotban vannak, végüket egy-egy fullerén félgömb zárja le. Mivel ő is grafittal dolgozott, egyre nyilvánvalóbbá vált, hogy jó úton jár. Mint kiderült, a grafit csak azért vajpuha, mivel lemezes szerkezetű, viszont ezek az atomnyi vastagságú lemezek akár gyémánt szilárdsá- gúak is lehetnek. Csak makroszkopikus hártyákat kell tudni kialakítani belőlük. Iijima felfedezése után nagy reményeket fűztek a szénnanocsövek ipari alkalmazásához, annál is inkább, mivel kiderült, hogy mind nagy villamos vezetőképességű anyagokat, mind félvezető tulaj- donságúakat is elő lehet állítani belőlük. Csakhogy ipari méretekben nem sikerült megoldani a nanocsöKonstantin Sergejevich Novoselov és Andre Konstantinovich Geim ban Luigi Galvani olasz tudós épp a rézkampóra feltűzött békacomb rángásából jött rá a villamosság néhány törvényszerűségére, ez alapján megszerkesztette a róla elnevezett galvánelemet. Az időközben holland állampolgárrá lett és nevét latinosán író Andre Konstantinovich Geimet e bemutatója kapcsán az egész világ megismerte. A tizenhat évvel fiatalabb Konstantin Sergejevich Novoselov Nyizsnij Tagúban született 1974. augusztus 22-én. Ugyancsak a moszkvai Fiztech diákja volt; már tanulmányai alatt a szupravezetés kérdéskörére specializálódott. Fiatal korától szorgalmasan publikál, szinte fantasztikus mennyiségű, negyvenkilenc szakdolgozata jelent meg ez idáig. Doktori tanulmányokra Hollandiába utazott, hogy a szakma egyik legjobbjától, Andre Geimtől sajátítsa el a legújabb ismereteket. A Nobel-díjat hozó kísérleteket együtt végezték. Novoselov megtartotta orosz állampolgárságát, közben megszerezte a nagy-britanniait is, nevét ugyancsak angol helyesírással írja. A tudósok egy része évtizedek óta meggyőződéssel vallja, hogy nagyon vékony, egy atom átmérőjével összevethető, leheletnél is finomabb hártya elkészítése megvalósítható. Elképzelhetetlenül kicsi méretekről van szó: a milliméter milliomodrészének egy százada egy átlagos atom átmérője. Szinte hihetetlen, de tény, hogy az amerikai P. R. Wallace a múlt század negyvenes éveiben kiszámította az egy atom vastagságú anyag elektronszerkezetét. Kollégáinak nagy része ezt elméleti játéknak vette, tekintve, hogy szinte lehetetlen egyatomnyi vastag hártyát előállítani. Azt még á legnagyobb fantáziával megáldottak sem tudták elképzelni, milyen hihetetlen szilárdságú anyagból kell elkészíteni az üyen hártyát, hogy egyben maradjon. Aztán néhányuknak elképesztő ötlete támadt: nem a kemény anyagok között kell keresni, erre a célra a vajpuha grafit a legalkalmasabb. Ugyanaz a vegyi elem, amelyből a ceruzákat készítik. A szén a természet minden bizonnyal legnagyobb csodája: szervetlen formában a grafit mellett kőszén és gyémánt formájában fordul elő, szerves alakjában földgázként és kőolajkén, amiből gyógyszere
