Magyar nanokutatás és az idei fizikai Nobel-díj
A hazai nanotechnológia és nanofizika kecsegtető eredményekkel rukkolt elő az utóbbi időben, kutatóegyetemeinken kiemelt fontosságot kap ez a terület. Idén a tudományág orosz származású képviselői Nobel-díjat kaptak – vizsgálataikat és az ezekhez kötődő magyar és külföldi eredményeket idézzük fel.
Az idei fizikai Nobel-díjat két Manchesterben dolgozó orosz tudós, Andre Geim és Konsztantyin Novoszelov kapta a kétdimenziós grafén kutatásáért. (Geim ma már holland, tanítványa, Novoszelov pedig orosz-brit állampolgár.) A nanotechnológia és a nanofizika fejlődésével fizikusok az elmúlt évtizedekben a tiszta szén olyan új megjelenési formáit kezdték tanulmányozni, amelyek a természetes állapotban gyakoribb grafit és gyémánt mellett főleg kísérleti úton állíthatók elő.
0D – a fullerének
Kiderült ugyanis, hogy a szén összesen „négy dimenzióban” – 0D, 1D, 2D és 3D formában is – létezhet. Mit is jelent mindez? A szinte nulladimenziós (0D), 1 nanométer átmérőjű, pontszerű fullerének felfedezéséért hárman kaptak 1996-ban kémiai Nobel-díjat: Sir Harold W. Kroto, Richard E. Smalley és Robert F. Curl. Ők egyébként a 60 atomos „focilabdát” 11 évvel korábban, 1985-ben fedezték fel.
Időközben kiderült, hogy vannak a 60 atomot tartalmazó fullerénen kívül 70, 72, 76, 84 vagy még több atomból álló fullerének is – a lényeg, hogy páros számú szénatomból álljanak. A természetben 60, 70, 76 és 84 atomos fullerént találtak eddig.
1D – a nanocsövek
A következő lépés az egydimenziós (1D) nanocsövek felfedezése volt: e tökéletes hengereknek a végén egy-egy fullerén félgömb van, amúgy pedig egyrétegű szénatomok alkotják a cső falát. A nanocsöveket egyetlen irányba "megnyúlt" fulleréneknek is tekinthetjük.
A nanocsövek felfedezését egy 1991-es eredmény alapján egy japán tudós, Sumio Iijima nevéhez kötik általában, de már korábban is figyeltek meg ilyen képződményeket. A hetvenes években például elektronmikroszkópon észlelték a nanocsöveket, de még nem igazán tudták, mik azok. A nanocsövek tulajdonságai igen eltérőek, jelenleg a tudósok és a technológusok még nem tudták az ipari hasznosításukat kellőképpen megoldani.
3D – grafit és gyémánt
Ami a háromdimenziós tiszta szeneket illeti: grafitceruzákkal írhatunk, a gyémántok ipari hasznosítása is közismert. Ugyanakkor az ékszerészek számára a gyémánt hiába ritka és drága, az atomfizikusok által előállított 0D-s, 1D-s szénformáknál még mindig sokkal gyakoribb.
A hiányzó láncszem: a 2D-s grafén
A kétdimenziós szénre azonban hosszú ideig nem bukkantak rá, pontosabban tudtak valamit róla, már a 19. században is voltak erre mutató kutatási eredmények, majd a 20. század első felében kezdtek sokasodni a sejtések. P. R. Wallace már 1943-ban leírta a grafén szerkezetét, de igazolni nem tudták a létezését.
Egészen a 21. századig nem tudták igazán jól használható állapotban előállítani. 2004-ben azonban sikerült Geimnek és Novoszelovnak a szénatomokat „rábírniuk arra”, hogy egyetlen vékony rétegbe rendeződjenek. Így találtak rá a gyakorlatilag kétdimenziós grafénre, amelynek – most úgy tűnik – különleges fizikai tulajdonságait a nanoszámítógépekben, érintőképernyők gyártásában és talán még napelemekben is fel lehet használni. A grafén egyébként majdnem olyan jó elektromos vezető, mint a réz.
A kutatások gőzerővel folynak világszerte, a pesti Műegyetemen például az Európai Kutatási Tanács, az ERC ösztöndíját is elnyerte legutóbb a szén nanocsövek kutatásával is foglalkozó Simon Ferenc. Az ERC pályázatain öt magyar nyert idén, ebből ketten a Műegyetem nanofizikusai, Simon mellett Csonka Szabolcs is részesült a fejenként több mint egymillió eurós kutatási támogatásból – minderről Mihály György tanszékvezető adott tájékoztatást a hvg.hu-nak.
A grafén precíziós megmunkálása most tehát a tudósok és a nanotechnológusok legfőbb feladata. Ahhoz azonban, hogy a félvezetőiparban is felhasználható legyen ez az anyag, számos műveletet kell elvégezni a grafénnal.
Jönnek a grafén-chipek
A nagy számítástechnikai cégek közül az IBM már évek óta dolgozik grafén-chipeken, amelyek azonban szerintük egyelőre nem a digitális, hanem az analóg tranzisztorokat helyettesíthetik – erről a ComputerWorld számolt be idén februárban. 2010 elején jelentette be a cég, hogy olyan kísérleti processzort sikerült létrehoznia, ami négyszer gyorsabb a korábbi, 2009-es grafén-chipeknél, amelyek 26 gigahertzes tempóban dolgoztak.
Probléma a grafénnel – a magyar megoldások
A grafénlapokkal az a fő számítástechnikai probléma, hogy módosítani kell őket ahhoz, hogy digitálisan is alkalmazhatóak legyenek. A változtatás célja, hogy a belőlük készült tranzisztoroknak legyen kikapcsolt állapotuk, vagyis amikor nem folyik át rajtuk áram, akkor a szilíciumos chipeket felválthatnák a grafén-alapúak. Kísérleti, és nem ipari körülmények között ez sikerült már Magyarországon is, az ipari megvalósítás azonban nehézkes.
A nanoolló
Az MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézetében (MFA) Bíró László Péter irányítása alatt a grafénlapokból keskeny szalagokat próbálnak kivágni. Ezt egy pásztázó alagútmikroszkóp tűjével próbálják elvégezni. A kivágott grafén szalag már olyan keskeny, hogy megváltoznak az elektronok tulajdonságai, és akár szobahőmérsékleten is működhet az effajta elektronika. Létrehozhatják ugyanis az úgynevezett tiltott sávokat, amik olyan energiaszintet jelentenek a félvezetőkben, ahol nem tartózkodhatnak elektronok, vagyis nincs ilyenkor elektromos vezetés. E 2008-ban kifejlesztett technológia a „nanoolló”, amely elsősorban Tapasztó Levente nevéhez köthető Bíróék kutatócsoportjában. Az MFA-ban azonban kísérleteznek egy másik módszerrel is: ebben kémiai reakciókkal igyekeznek megmunkálni az egyetlen atomnyi vastagságú grafénlemezeket.
A BME stratégiai területe a nanokutatás
A grafének kutatásával a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemen (BME) Mihály György tanszékvezető irányításával foglalkoznak. A BME nemrég elnyert kutatóegyetemi címének megfelelően öt fő kutatási területet jelölt ki, ezek közül az egyik a nanotechnológia. Tervezik itt a nanotechnológiai laborhálózat kialakítását, és a jövőben a nanotechnológusok, nanomérnökök képzését is.
HVG-előfizetés digitálisan is!
Rendelje meg a HVG hetilapot papíron vagy digitálisan, és olvasson minket bárhol, bármikor!
Háromszor könnyebbek lehetnének a laptopok
Tajvani kutatók olyan szupervékony mikrochipet fejlesztettek ki, amellyel lényegesen könnyebb és olcsóbb laptopokat, mobiltelefonokat lehet előállítani.
Kidobhatjuk az elemeket, használhatunk helyettük papírt is
Közönségesnek látszó papírt használhatunk hamarosan ultrakönnyű akkumulátorként az irodai készülékekben - közölték a Stanford Egyetem kutatói hétfőn.
Gyémántból készülhetnek a jövő szuperszámítógépei
A gyémánt-alapú számítógépek a jelenlegi szilíciumos komputereknél milliószor több adatot tárolhatnak a jövőben, és sokkal gyorsabbak is lehetnek – írja a Discovery News.
Világító fák vehetik át az utcalámpák helyét
Tajvani kutatók arany nanorészecskékkel oltott fákkal kísérleteznek, amelyek az elmélet szerint vöröses fénnyel világítanának, kiváltva ezzel az igényt az elektromosságot használó utcalámpákat.
Magyar szabadalom: újjászületik a PVC padló
Nanotechnológiai eljárást jegyeztetett be a Graboplast magyar szabadalomként, amely által javítható a metrókban, sportcsarnokokban, kórházakban és közösségi létesítményekben használatos PVC padlók kopás és karcállósága, tisztíthatósága - közölte Jancsó Péter elnök-vezérigazgató pénteken Győrben, sajtótájékoztatón.
Ön lefagyasztatná magát?
A helyi fagyasztás sikeresen alkalmazható a sebészetben például vérzéscsökkentésre, fájdalomcsillapításra. Mélyhűtve kiválóan tárolhatók egyes szövetek és sejtek, bizonyos szervek lehűthetők annyira, hogy a beültetés idejéig életképesek maradjanak, később is tökéletesen működjenek. A hibernálás, vagyis a testhőmérséklet mesterséges csökkentése nem utópia, már több amerikai cég erre a szolgáltatásra specializálódott, bár nem garantálják az eljárás sikerét - hogy valaha felélesztik pácienseiket -, ám azt sem titkolják: a nanotechnológia fejlődésétől várják a megoldást.
Feltalálták az anyagot, ami sohasem fagy le
Amerikai mérnökök olyan nanoszerkezetű anyagot fejlesztettek ki, amely még azelőtt lepergeti magáról a vizet, hogy az meg tudna fagyni.
Nanopaprika és hangszersimogató a Millenárison
A Kutatók éjszakáját szervező Tempus Közalapítvány központi programjainak a Millenáris ad pénteken otthont; a látogatók megismerkedhetnek a nanopaprikával, azaz a nanotudomány fűszeres világával, a trükkös triciklikkel, és lesz hangszersimogató is.
Egyetlen vérteszttel, gyorsan azonosíthatjuk a rákot
Nanoszenzorok használatával egyetlen vérteszttel, gyorsan azonosíthatják a rákot kutatók, sőt a nanoanyag alkalmazása azt is lehetővé teszi, hogy a gyógyszert közvetlenül a megcélzott szervhez juttassák - jelentették vasárnap a Nature Nanotechnology című szaklapban.
