Noví laureáti potom cenu prevezmú na slávnostnom ceremoniáli, ktorý sa tradične koná 10. decembra, v deň úmrtia Alfreda Nobela, švédskeho vynálezcu, podnikateľa a zakladateľa po ňom pomenovanej ceny. Dnes si stručne priblížime, za čo bola udelená tohtoročná Nobelova cena za fyziku.
Začali v Rusku
Švédska kráľovská akadémia vied 5. októbra oznámila, že tohtoročnú Nobelovu cenu za fyziku udelila Andremu Geimovi a Konstantinovi Novoselovi, profesorom na univerzite v britskom Manchestri, a to za "priekopnícke experimenty, týkajúce sa dvojrozmerného materiálu grafén". Treba hneď spomenúť, že obidvaja čerství nositelia Nobelovej ceny sú pôvodom Rusi, študovali a začali svoju kariéru fyzikov v Rusku. Andre Geim je holandský občan, narodil sa v roku 1958 v Soči a titul PhD. získal v Ústave fyziky tuhých látok Ruskej akadémie vied. V súčasnosti je Geim riaditeľom manchesterského centra pre mezoskopiu a nanotechnológie a profesorom fyziky na univerzite v Manchestri.
Grafén je vrstvička grafitu
Konstantin Novoselov, ktorý sa narodil v roku 1974 v Nižnom Tagile, je britským a ruským občanom. Novoselov získal doktorát v roku 2004 na Radboud University, kde pracoval pod vedením A. Geima, ktorého potom nasledoval do Spojeného kráľovstva. Aj Novoselov je v súčasnosti profesorom na manchesterskej univerzite. Vráťme sa však k tomu, za čo dostali spomenutí dvaja fyzici Nobelovu cenu, teda ku grafénu. Pokiaľ sa domnievate, že grafén by mohol mať niečo spoločné s grafitom, ste na priam vynikajúcej stope. My starší sme sa s grafitom bežne stretávali, pretože grafit čiže tuhu obsahuje každá bežná ceruzka.
Vzniká aj pri písaní
No a grafén nie je v podstate nič iné iba tenulinká, takpovediac jednoatómová vrstvička grafitu. Je to teda dvojrozmerná vrstva, ktorá má hrúbku jediného atómu. Grafén pozostáva z uhlíkových atómov vytvárajúcich šesťuholníkovú mriežku podobnú včeliemu plátu, ibaže hrubú len jeden atóm. Vrstva grafitu, hrubá jeden milimeter, obsahuje tri milióny vrstiev grafénu, uložených na sebe. Tieto vrstvičky sú spolu viazané len veľmi slabo, a preto je ich pomerne jednoduché oddeliť. To s napríklad deje, keď píšete obyčajnou ceruzkou. Dokonca sa môže stať, že časť z toho, čo napíšete, bude pozostávať z jedinej vrstvičky atómov uhlíka, teda vlastne z grafénu.
Použili bežnú lepiacu pásku
Tohtoroční laureáti použili na získanie grafénu geniálne jednoduchú metódu: pomocou bežnej lepiacej pásky odtrhávali tenké "šupinky" z väčšieho kusu grafitu. Spočiatku pozostávali tieto šupinky z mnohých vrstiev grafénu, ale postupným odtrhávaním (desať až dvadsať ráz) pomocou lepiacej pásky sa šupinka stenčovala, až napokon zostali fragmenty jedinej vrstvičky, teda grafénu. Aby získané vrstvičky dobre videli pod mikroskopom, upevnili ich na zoxidovaný kremík, čo je štandardný pracovný materiál v priemysle polovodičov. Pod mikroskopom uvideli dvojrozmerný kryštalický materiál, ktorý existuje pri izbovej teplote (mnoho vedcov sa domnievalo, že takýto tenký kryštalický materiál nemôže byť stabilný).
Základná šesťuholníková bunka
Grafén je tvorený perfektnou sieťou uhlíkových atómov a má len dva rozmery, dĺžku a šírku. Základnou bunkou štruktúry grafénu je šesť chemicky viazaných uhlíkových atómov (v tvare šesťuholníka). Grafén nie je vlastne nijako umelo vytvorený materiál, pretože v prírode vždy existoval (ako základný element grafitu), len ho bolo treba odhaliť. Na prípravu grafénu existuje už niekoľko metód, ktoré tu však nebudeme spomínať. Spomenúť možno to, že doteraz najväčšie vyrobené zvitky grafénu majú šírku 70 cm. Hneď po príprave malých grafénových "vločiek" začali Geim a Novoselov študovať ich vlastnosti. Ukázalo sa, že grafén je unikátny nový "materiál" s výnimočnými vlastnosťami, ktorých pôvod leží vo svete kvantovej fyziky.
Najlepší vodič tepla
Usporiadanie uhlíkových atómov do pravidelnej mriežke v graféne je temer dokonalé, a to vďaka silnej väzbe medzi atómami. Napriek tomu sú tieto väzby veľmi pružné, takže grafén možno "natiahnuť" až o pätinu jeho pôvodnej veľkosti. Celkom unikátnou vlastnosťou grafénu je to, že jeho elektróny sa správajú ako "nehmotné" fotóny, teda častice svetla. Elektróny putujúce v graféne sa správajú, akoby nemali žiadnu hmotnosť a pohybujú sa konštantnou rýchlosťou milión metrov za sekundu. Preto má grafén podobne dobrú elektrickú vodivosť ako meď. Ako vodič tepla však "tromfne" všetky ostatné známe materiály.
Nepriehľadný, ale hustý
Grafén je temer úplne priehľadný, ale napriek tomu taký "hustý", že cezeň neprejde ani najmenší atóm plynu (hélium). Pred grafénom sa otvárajú takmer nekonečné možnosti praktických aplikácií. Predpokladá sa napríklad, že tranzistory na báze grafénu budú pracovať podstatne rýchlejšie ako dnešné tranzistory. Primiešaním len jedného percenta grafénu do plastov sa tieto stanú elektricky vodivými. Podobne, prímes menej než tisíciny grafénu môže zvýšiť tepelnú odolnosť plastov až o 30 stupňov, pričom sa súčasne zvýši ich mechanická pevnosť. Na báze grafénu môžu vzniknúť nové kompozitné materiály na konštrukciu družíc, lietadiel či áut. Grafén je vhodný aj na zhotovenie transparentných dotykových displejov, svietiacich panelov a možno aj slnečných článkov.
Výskum aj v Košiciach
Je potešiteľné, že sa výskumu perspektívneho grafénu venujú fyzici aj tu, na východnom Slovensku, konkrétne v Ústave fyzikálnych vied Prírodovedeckej fakulty Univerzity P. J. Šafárika v Košiciach. Skupina prof. A. Fehera v spolupráci s kolegami z Fyzikálno-technického ústavu nízkych teplôt Ukrajinskej akadémie vied v Charkove teoreticky skúma fyzikálne vlastnosti grafénu a chystá sa aj na jeho experimentálne štúdium. "V súčasnosti sa dokončuje výstavba laboratória nanotechnológií, financovaného zo štrukturálnych fondov EÚ, v ktorom sa budú pripravovať a skúmať tzv. nanoobjekty, vrátane grafénu," povedal nám profesor Feher.
Najdôležitejšie správy z východu Slovenska čítajte na Korzar.sme.sk.
