Andrej Konsztantyinovics Geim és Konsztantyin Szergejevics Novoszelov kapta megosztva az idei fizikai Nobel-díjat egy különleges anyaggal, a grafénnal kapcsolatos kutatásaiért - korántsem meglepő, hogy mindketten már szülőhazájuktól távol élnek. A Nyizsnyij-Tagilból származó Novoszelov Moszkvában szerezte diplomáját, de ma már a manchesteri egyetemen dolgozik, és brit-orosz kettős állampolgár. A 36 évesen kifejezetten fiatal Nobel-díjasnak számító tudós egykor a nijmegeni egyetemen készítette a doktoriját a most 52 éves, szocsi "népi német" családból származó Geim vezetésével, aki manapság a nanotudományok és az új anyagok kutatásának professzora az intézményben. Kettejük közül Geim kutatói múltja kétségtelenül izgalmasabb, bár egyben vitatottabb is. 2000-ben például, a brit Sir Michael Berryvel megosztva megkapta a leghülyébbnek tűnő felfedezésekért járó IgNobel-díjat, miután sikerült erős mágneses térben lebegtetniük egy diamágneses tulajdonságú békát (ti. a diamágneses anyagokat taszítja a mágneses tér). Szintúgy jelentősek az ún. "gekkószalag", egy speciális ragasztószalag előállításában szerzett érdemei: ez esetben a természet egy leleményét, a gekkók mimikrijét lehetővé tevő tapadási képességet próbálják lemásolni. A gekkók tappancsain ugyanis milliószámra találhatók olyan csillószerű szőrök, amelyek az elektrosztatikus vonzás révén tapasztják az állatot a falra, és ha ezt mesterségesen és szabályozottan tudnánk előállítani, némi túlzással bárkiből válhatna pókember.
Hálót sző
A grafén a nanotechnológiai kutatások egyik ünnepelt sztárja: mint tudjuk, a nanotechnológia olyan anyagokkal dolgozik, melyeknek mérete vagy legalábbis egyik dimenziója a nanométeres skálán is csak néhány tucat egységet foglal el. A nanométer a milliméter milliomod része: a nanométer-méter arány szemléltetéséhez képzeljünk magunk elé egy rendes, csúzliba való csapágygolyót és szeretett bolygónkat, a Földet. A grafén tökéletesen eleget tesz a fenti kívánalmaknak, lévén szénatomokból álló háló, amelynek vastagsága nanoméretű, ugyanakkor a kiterjedése igen jelentős. A grafén a szén grafitból származó módosulata: úgy is elképzelhetjük, hogy a grafit irdatlan sok grafénréteg egymásra halmozásából áll, amelyek azonban egymáson elcsúszhatnak, s egymástól akár mechanikai úton is elválaszthatók. Ezt tette 2004-ben a két exorosz is, amikor egy sajátos ragasztószalag segítségével (ugye, hogy összeérnek a különböző kutatási területek?) egyre vékonyabb grafitrétegeket húzott le, végül sikerült egyetlen atom vastagságú grafénszövetet lehántaniuk, majd ezt egy speciális felületű szilíciumlapkán láthatóvá is tenniük. A grafén rendkívüli tulajdonságait sajátos szerkezetének köszönheti: a méhsejt struktúráját idéző kétdimenziós hatszögrács "csúcspontjain" helyezkednek el a szénatomok. A nanovastagságú grafén kiváló hő- és elektromos vezető, ugyanakkor az egyik legerősebb anyag. Szakítószilárdsága rendkívüli, köszönhetően a kétdimenziós kristályrácsát összetartó szén-szén kötések kivételes erejének. A grafén úgyszólván áttetsző, de nem áteresztő: hatszög alakú résein még egy héliumatom sem képes áthatolni.
Új reményeket
A grafén korántsem az első versenyző a nanotechnológia sztárjai közé tartozó, szénalkotta anyagok között. A Richard Buckminster Fuller amerikai építész tervezte látványos kupolákról Buckminster-fullerénnek nevezett, hatvan szénatom alkotta, hagyományos, hat- és ötszögekből összerakott nanofutball-labdát formázó molekulát Kroto, Smalley és Curl fedezte fel 1985-ben, miközben szénrudak között létrehozott ívfénnyel kísérleteztek. A fullerénért már 11 évvel később kiosztották a kémiai Nobel-díjat, de addigra egy japán kutató, Sumio Iijima felfedezte a szén nanocsöveket is, melyeket úgy kell elképzelnünk, mintha a grafénből vékony csíkokat vágnánk, s felcsavarnánk őket hosszú, de igen keskeny hengerré. A legnagyobb reményeket korábban éppen a nanocsövekhez fűzték, melyek tulajdonságai a grafénhoz hasonlóan rendkívüliek, ráadásul látszólag könnyebben előállíthatók. Csak éppen az a probléma, hogy a gyártás során nagyon sok, különféle tulajdonságú nanocső keletkezik, melyeket szét kéne választani, ám ehhez még nem áll rendelkezésre megfelelő nanotechnológia. A grafén kezelése sem könnyű feladat, de e tekintetben már jelentős előrelépés történt, nem kis részben magyar hozzájárulással. A grafén vélelmezhető felhasználási területe a nanoelektronika lenne - annál is inkább, mert egy évtizeden belül kimerülhetnek a szilíciumalapú elektronika lehetőségei. A grafénalapú félvezetőgyártáshoz viszont szükség lenne arra is, hogy éppen a megfelelő "csíkokat" és alakzatokat szabjuk ki a grafén nanoszövetből, amelyek egymás mellé rendezéséből előállítható a szénalapú tranzisztor. Nos, e téren sikerült előrelépnie az MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézete Bíró László Péter professzor vezette nanoszerkezetek osztályának, ráadásul a korábbi - Geimék által is alkalmazott - mechanikai eljárás helyett immár kémiai növesztéssel gyártják a grafént. Mindezt, jellemzően a honi tudományfinanszírozás helyzetére, dél-koreai pénzen, ottani kollégákkal együttműködve. Ráadásul a magyar kutatók már tavaly beszámoltak arról, hogy fény hatására változik a grafénréteg vezetőképessége, ami arra utalhat, hogy a gyakorlatban a grafént először talán a sík képernyőkben alkalmazhatják.
