Задаци за 21. век

Овогодишњи добитници Нобелове награде за физику донекле се разликују од већине претходних. Њихов проналазак никако није мање вредан, али је пут којим су до њега дошли врло необичан.

Андре Гејм – после Иг Нобела добио и правог	Константин Новоселов – један од најмлађих добитника Нобелове награде

Недавно је из Шведске стигла вест да су Нобелову награду за физику за 2010. годину добили Андре Гејм и Константин Новоселов – „за врло домишљате огледе на дводимензионалном материјалу графену."
Огледи су изведени пре само шест-седам година, па је брза додела највећег признања за научна достигнућа у свету само још истакла наду да је графен изузетан материјал. Стручњаци Шведске краљевске академије наука наградили су Гејма и Новоселова за њихов рад „који може да изнедри сасвим нову врсту електронике”. У изјави Нобеловог комитета даље се наводи да од како су се радови о огледима с графеном први пут појавили у стручном часопису „Наука” и на Интернету – дошло је „до праве експлозије истраживања графена у целом свету, његових зачуђујућих особина и онога што он наговештава. Угљеник, та основа за сав живот на Земљи, још једном нас је изненадио."
Али, у образложењу за доделу награде двојици физичара, стајала је и прилично неуобичајена реченица: да је „несташлук једна од особина која их краси – јер, увек се нешто научи током таквих истраживања, и ко зна - можда се налети и на главну награду."

Чудесан материјал

Др Андре Гејм (51. год) и др Константин Новоселов (са 36. година један је од најмлађих добитника Нобелове награде), рођени су у Русији где су се школовали и започели своје каријере физичара. Године 1994. Гејм је отишао у Холандију, на универзитет у Нијмегену, где је касније био ментор свом бившем студенту Новоселову при одбрани његове докторске тезе. Одатле је 2001. године прешао на универзитет у Манчестеру где је постао професор и са собом повео Новоселова. Тако, Гејм има холандско држављанство, а Новоселов руско и британско.
Они су пронашли графен. Ради се о равном слоју кристалног угљеника који је дебео само један атом и зато се сматра најтањим материјалом у природи. Графен је због тога провидан. Угљеникови атоми у њему образују дводимензионалну мрежу, слој у коме су међусобно повезани у виду пчелињег саћа (неке више подсећа на жицу којом се ограђују кокошињци). Оваква веза угљеникових атома врло је јака, па је графен 100 пута јачи од челика – он је најјачи материјал познат науци. Осим тога, електричну струју и топлоту проводи боље од бакра. Графен је близак рођак фулерена (угљеника у коме је његових 60 атома спојено у облику фудбалске лопте), а посебно нанотуба (нано цевчица) које могу да се сматрају за слојеве графена савијене у ролне. Значи, да би се добио графен требало је смислити начин како да се нанотуба размота. Међутим, стручњаци су сматрали да би овакав, у основи дводимензионални лист угљеника, био нестабилан и да би се одмах умотао. Др Гејм и др Новоселов били су другачијег мишљења. Решили су да окушају срећу и после више година испуњених неуспешним огледима, 2004. година је означила прекретницу. И обичним, оптичким микроскопом, могли су да посматрају чудесан кристал угљеника – графен.
Овај материјал обећава многе технолошке примене - од ултра брзих транзистора, супертанких и савитљивих LCD екрана – до врло брзог одређивања редоследа у ДНК (ако би се у графену избушила нано рупа, ДНК би могла да пролази кроз њу као конац кроз ушицу игле). Замољен да се определи за неку од будућих примена графена Гејм је одговорио: „То је тешко питање... Не бих могао да издвојим било које, јер их има толико много."

Ништа без селотејпа

Новоселов и селотејп помоћу кога се добија графен

Међутим, овог изванредног материјала, који је милион пута тањи од листа хартије, а чвршћи је од дијаманта и проводљивији од бакра - не би било без једне обичне лепљиве траке – „селотејпа”! Последњих година угљеничне нанотубе биле су главни предмет испитивања стручњака. Андре Гејм је помислио да би нешто слично занимљиво могло да се добије и ако би се нанотубе размотале. Смислио је пут ка том циљу – требало је кренути од парченцета графита, које би се глачањем стањило на дебљину од око 10 или 100 слојева – и да се онда изуче особине добијеног материјала. Један од његових студената припремио је малени узорак графита који је имао око 1000 слојева и његову горњу површину очистио лепљивом траком, што је био уобичајени поступак. И тада је Гејму „синула идеја” – да би вишеструком употребом лепљиве траке могло да се дође до само једног слоја графита – до графена! Љуспице графита прелазиле би на селотејп, а понављањем овог поступка више пута добијале би се све тање и тање љуспице.
„На крају, када останете са врло танком љуспицом на лепљивој траци, ви је убаците у растварач и све оде у раствор” – објаснио је Гејм. Насупрот очекивању већине стручњака, ове танке љуспице нису стварале грудвице, нити свитке.
Оно што су двојица стручњака добили још је био графит, али дебео само неколико слојева. Даље усавршавање технике, употреба оптичких и нарочитих микроскопа (електронских и са атомском силом, AFM) – да би се раздвојили најтањи слојеви – најзад је довела до првих појединачних слојева угљеника, до графена. У октобру 2004. године (пре само шест година), Гејм је објавио научни рад са сарадницима у часопису „Наука”. Под називом „Ефекат елктричног поља у атомски танким слојевима угљеника” означио је проналазак графена. Стручњаци из целог света кренули су стопама двојице физичара, а њихов рад постао је један од најчешће помињаних. Објашњавајући касније свој начин рада, Гејм га је назвао „лего доктрина”.
„Имате све те различите делиће и од њих морате нешто да направите – искључиво од делића које сте добили... Преварили смо природу тиме што смо прво направили тродимензионални материјал, односно графит, а затим смо из њега извукли само један слој” - додао је Гејм.

Поносан и на Иг Нобела

Међутим, назив несташног научника, у образложењу Нобеловог комитета, Гејм није заслужио само због употребе селотејпа. Поштено га је зарадио јер, од 2000. године, он је власник и лажног, поспрдног Нобела – Иг Нобела. Добио га је за свој оглед „летеће жабе” који је извео с колегама у Нијмегену у Холандији – под утицајем снажних магнета жаба је левитирала. Тако је постао први научник који је добио обе награде које носе Нобелово име. Гејм каже да је срећан што има обе, јер се Иг Нобел додељује „за нешто што тера људе да се смеју." Поред тога, као сарадника у једном свом раду о левитацији („Праћење Земљине ротације помоћу диамагнетичног левитирајућег жироскопа”) навео је и свог кућног љубимца – хрчка Тишу. Наводно, његов хрчак је „најнепосредније” допринео огледу левитације.
Гејм је познат и по томе што је 2007. године у својој лабораторији у Манчестеру направио прву лепљиву, микро-траку, која опонаша деловање гекових шапа (геко је врста гуштера чувена по томе што може да се пење по врло стрмим и углачаним површинама). Први „Човек паук” биће вероватно војник неке од водећих земаља.
Андреа Ферари, стручњак са универзитета Кембриџ, који је почео да истражује графен чим је откривен, истиче зашто су Новоселов и Гејм заслужили Нобелову награду.
„Били су далеко испред осталих у свом уверењу и урадили све кључне ствари у испитивању електронских, механичких и других особина графена. Поред тога, двојица физичара били су и врло широкогруди, делећи своје откриће с другим научницима. Обучили су прву генерацију физичара како да добије графен, позивајући их код себе у Манчестер."
Како сада изгледа најочигледнија примена графена биће да замени силицијумске чипове у скоријој будућности, пошто ова технологија брзо граби ка својој природној граници (испод 10 нанометара). Верује се да овај нови материјал има способност да ради у терахерц режиму и да од њега могу да се праве сићушна штампана кола и плоче нано величина. Ипак, постојала је једна техничка препрека – графен се понаша као метал, тако да је пред стручњацима остао задатак да од њега направе полупроводник. Они такође морају да осмисле делотворне начине како ће графен моћи да се производи у великим количинама, за индустријску употребу. Нека истраживања већ дају резултате у том смислу.