No właśnie, dla kogo ta nagroda Nobla w tym roku? Dla Wielkiej Brytanii, dla Holandii, dla Niemiec? A może dla... Rosji?
Nagłówki w zachodniej prasie o zasięgu światowym: „Dwaj BRYTYJSCY naukowcy, Andre Geim i Konstantin Nowoselow, otrzymali wspólnie tegoroczną nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Królewska Szwedzka Akademia Nauk wyróżniła ich za badania nad grafenem.”
Co to jest ten grafen? I po co komu to potrzebne?
Grafen to jest odmiana węgla. Jest zbudowany z pojedynczej warstwy atomów węgla tworzących połączone pierścienie sześcioczłonowe, czyli ułożone niczym plaster miodu. Grafen jest na przykład w ołówku, którym rysują dzieci.
Grafen to jedna pojedyncza warstwa wyizolowana z tego grafitu
Grafen zbudowany jest z pojedynczej warstwy atomów węgla. Jego grubość to tylko jeden atom, dlatego uważa się, że grafen jest strukturą dwuwymiarową. Jest najcieńszym i najbardziej wytrzymałym materiałem znanym człowiekowi. Wyjątkowo dobrze przewodzi ciepło i prąd elektryczny. Bardzo wysoka ruchliwość elektronów w temperaturze pokojowej μ = 200 000 cm²/Vs (dla porównania, najatrakcyjniejsze półprzewodniki dla mikroelektroniki: Si - krzem – 1500 cm²/Vs, GaAs – arsenek galu – 8500 cm²/Vs). Elektrony w grafenie mogą poruszać się z szybkością równą jednej trzechsetnej prędkości światła!
Tegorocznym noblistom udało się opracować metodę otrzymywania grafenu z grafitu. Wszyscy są zachwyceni! Nowy materiał dla technologii kosmicznych! Nowe elastyczne monitory ekranowe, które można zwijać w rulon, nowe baterie słoneczne, źródła światła, Czujniki i zintegrowane układy mikro elektro mechaniczne tzw. MEMS – Micro Electronics & Mechanical Systems.
Grafen bardzo wytrzymały i odporny w szczególności na drganie i rozciąganie. Jest przewodzący, ale jednocześnie przezroczysty, bo ze względu na swoją grubość absorbuje tylko 2 proc. światła.
Przewiduje się, że jest to materiał, który w przyszłości może zastąpić krzem w zastosowaniach elektronicznych na potrzeby tzw. szybkiej elektroniki.
Od lat urządzenia elektroniczne, komputery, zegarki, telefony bazują na właściwościach krzemu. Krzem jest obecnie najlepszym i najpowszechniej używanym materiałem, z którego powstają tranzystory. Jednak wymagania techniki cały czas rosną, komputery są coraz szybsze i mniejsze. W końcu ze zmniejszającymi się rozmiarami tranzystorów dojdziemy do wielkości pojedynczych atomów, a tak małych elementów nie będzie już można wykonać.
Dlatego intensywnie szuka się innych materiałów, które mogłyby zastąpić krzem, w momencie gdy dojdziemy do tej bariery. Grafen w tej chwili jest także najpoważniejszym kandydatem do zastąpienia krzemu, właśnie ze względu na swoje unikatowe własności.
Nie ma jeszcze gotowych układów elektronicznych bazujących na grafenie, to wszystko wymaga jeszcze intensywnej pracy naukowców i technologów.
Wszyscy korzystamy z komputerów. Sercem komputera jest procesor – CPU ( Central Processing Unit).
Niedawno, światowy potentat - Intel pokazał swoje najnowsze dziecko – procesor PENRYN wykonany w technologii 45 nanometrów. Oczywiście na monokrysztale krzemu! Produkując go koncern dokonał kilku małych rewolucji, o których warto wspomnieć.
Pierwsza to, oczywiście, sam proces produkcyjny. Nikt wcześniej nie stworzył tak zminiaturyzowanego CPU. Większe upakowanie elementów oznacza mniejsze koszty produkcji, zwiększenie wydajności układu, a jednocześnie zmniejszenie jego zapotrzebowania na energię.
Inżynierowie Intela poradzili sobie również, i to jest druga – zapewne ważniejsza – z dokonanych przez nich rewolucji, z upływami prądu z tranzystorów. Upływy są zmorą miniaturyzacji. Im mniejsze są bowiem tranzystory tym trudniej ustrzec się upływów, czyli przepływu ładunków elektrycznych przez izolację czy też przepływu z przewodnika do otaczającego go ośrodka. Upływy są przyczyną strat energii i zniekształcania przesyłanych sygnałów elektrycznych.
Pracownicy Intela poradzili sobie z upływami zmieniając stosowane materiały. Zamiast stosowanego obecnie polikrystalicznego krzemu do kontroli przepływu prądu wykorzystano metal. Natomiast tam, gdzie bramka tranzystora oddzielona jest od drenu i źródła wykorzystano bazujące na hafnie (Hf) tlenki o wysokiej stałej dielektrycznej. Dotychczas używano w tym miejscu dwutlenku krzemu (SiO2)
Dzięki nowym materiałom udało się uzyskać, jak zapewnia Intel, wysoką wydajność oraz znacząco zredukować upływy prądu.
Co ważne, wszystkie te nowości nie wymagały znaczących zmian w procesie produkcyjnym, więc cena Penryna nie powinna odbiegać od ceny innych debiutujących na rynku procesorów.
Intel pracuje nad następną generacją procesorów w technologii 20 mikrometrów. Oczywiście na krzemie!
Intel podpisał też opiewającą na 1,5 miliona dolarów umowę o współpracy badawczej z Tyndall National Institute znajdującym się na irlandzkim University of Cork (Tyndall National Institute at the University of Cork in Ireland). Umowa przewiduje wspólne prace nad stworzonym przez Irlandczyków pierwszym tranzystorem bezpołączeniowym (junctionless transistor). W zamian za wkład finansowy i naukowy Intel zyska licencję na komercyjne wykorzystanie technologii, które powstaną w ramach współpracy z Tyndall.
Tranzystor bezpołączeniowy może zrewolucjonizować elektronikę. Zakłada on budowę tranzystora z bramką o szerokości kilkudziesięciu atomów. Bramka spowoduje ściśnięcie kanału elektronów, znacząco zmniejsza upływ energii, działa przy niższym napięciu i temperaturze niż klasyczne tranzystory. Bezpołączeniowy tranzystor umożliwia tańsze i prostsze tworzenie układów scalonych. Profesor Jean-Pierre Colinge, który kierował pracami twórców nowego tranzystora stwierdził, że może on trafić na rynek wraz z układami wykonanymi w 20-nanometrowym procesie produkcyjnym. Jeśli uczony się nie myli, to układy z nową bramką powinny pojawić się już w latach 2012-2014. Ja jednak w to nie wierzę. Intel jest skąpy – kwota 1,5 mln USD na badania w zakresie nanotechnologii, to tyle co nic. I to są prace nad mikroelektroniką krzemową.
Nadchodzi koniec królującego już wiele dziesiątek lat w mikroelektronice krzemu. Zbliża się rewolucja grafenowa. Nastapi era grafenu! Nie tylko w mikroelektronice – grafen będzie wykorzystywany wszędzie! Dzięki dwu uczonym – tegorocznym laureatom nagrody Nobla. Autorami odkrycia są Andre Geim i Konstantin Nowoselow – uczeni brytyjscy. Czy to jednak rzeczywiście brytyjscy uczeni? Przyjrzyjmy się im bliżej, zwłaszcza brzmieniu ich nazwisk.
Andre Geim to Andrej Konstantinowicz Geim, urodzony w Soczi w 1958 roku Rosjanin w niemieckiej rodzinie Konstantina Aleksejewixza Geima i jego żony Niny Nikołajewny Bayer. W 1964 roku cała rodzina przeniosła się do miejscowości Nalczik, gdzie młody Andrej ukończył specjalistyczna szkołe w języku angielskim. W 1982 r uzyskał stopień MSc (Master of Science) w Moskiewskim Instytucie Fizyki i Technologii. I w 1987 otrzymał swoje PhD – stopień doktora nauk w Instytucie Fizyki Ciała Stałego Rosyjskiej Akademii Nauk.
W 1990 roku opuścił Rosję i wyjechał na Zachód. Pracował w różnych Uniwersytetach Danii, Holandii, a od 2001 roku jest profesorem fizyki w University of Manchester I jest dyrektorem of the Manchester Centre for Mesoscience and Nanotechnology.
Konstantin Novoselov to urodzony w rosyjskiej miejscowości Niżnyj Tagił w 1974 roku, w rodzinie Rosjanina. Konstantin Sergeevich Novoselov ukończył Moskiewski Instytut Fizyki i Technologii. Stopień naukowy doktora nauk fizycznych otrzymał w Uniwersytecie of Nijmegen w Holandii. Od 2001 roku pracuje w grupie badawczej kierowanej przez prof. Gejma w University of Manchester. Dr Novoselov należy do trójki najmłodszych laureatów nagrody Nobla.
Kto powinien być dumny z tegorocznych noblistów w dziedzinie fizyki: Brytyjczycy? - Obywatelem brytyjskim jest tylko dr Novoselov. Holendrzy? - Przecież prof. Geim jest obywatelem Holandii. Niemcy? – Prof. Geim urodził się przecież w rodzinie niemieckiej. A może jednak Rosjanie? Dr Novoselov ma podwójne obywatelstwo i jest także obywatelem Rosji. No i obydwaj laureaci byli i chyba są nadal w pewnym sensie Rosjanami!
Dr Konstantin Novoselow - sądzę, że czuje się Rosjaninem, ale tego nie wiem.
Prof. Andre Geim – zapewne nie uważa się za Rosjanina (nie jestem tego pewien), ale to przecież nie ma najmniejszego znaczenia.
Doskonale, że wszystkie kraje sa z nich dumne! I nawet my Polacy jesteśmy z nich dumni za to, że dokonali postępu w rozwoju nauki, maleńkiego kroczku w budowie cywilizacji planetarnej przez ludzkość, przez wszystkich Ziemian!
A prezydent Miedwiediew? Myślę, że też jest bardzo dumny! Przecież modernizację Rosji widzi poprzez rozwoj najnowszych nanotechnologii w ramach projektu SKOŁKOWO (o którym pisałem na Forum Rosja – Polska).
Prezydent Rosji Dmitrij Miedwiediew wyraził niedawno żal z powodu drenażu mózgów - podkreślił, że Rosja powinna inwestować w infrastrukturę nauki, by utalentowana młodzież pozostawała w Rosji, by tu pracować. Czy prezydent Rosji ma racje? – Wątpię. Sądzę jednak, że prezydent Miedwiediew ma dobre chęci! Prof. Geim odpowiedział tak na propozycję powrotu do Rosji i pracy w ramach projektu „Skołkowo”: „Mnie to nie interesuje. Jestem obywatelem Holandii. Ludzie tam u Was na głowę całkiem poupadali? Myślą, że jeśli komuś podsypią worek złota, to wszystkich da się zaprosić/”. Sceptycznie odniósł się do możliwości stworzenia w ramach projekt „Skołkowo” nowej Silicon Valley w Rosji. Jego wyjazd z Rosji to żaden drenaż mózgów! Po prostu uważa, że szanse stworzenia grafenu w Rosji były 1000 razy mniejsze w Rosji niż na Zachodzie. I dlatego opuścił Rosję!
Prof. Geim uważa, że nanotechnologie i druga krzemowa dolina to już etap miniony i przestarzały. Inwestować trzeba w naukę i jej infrastrukturę i to powinna czynić Rosja, jednak „dobre początki i przykłady idą z góry a potem poprzez tysiące różnych „młynów na wiatr” są przepuszczane i ci Don Kichoci z rządu kończą zawsze jednym i tym samym – co wyszło jak zawsze ( mój dopisek: czyli niczym).”
Spór dotyczące tego, które kraje mogą „uznać” tegoroczną nagrodę nobla z fizyki za swoją będzie prawdopodobnie trwał w prasie zapewne jeszcze długo. Królewska Szwedzka Akademia Nauk, uznając międzynarodowy charakter nauki, już dawno temu zrezygnowała z podawania narodowości laureatów, ograniczając się do podania ich oficjalnych afiliacji (miejsca pracy) w chwili przyznania nagrody. Jednak ponieważ jakaś cząstka chluby spływa i na kraj pochodzenia laureata, i na kraj, w którym on lub ona pracuje, zauważyć należy, iż prawa do tegorocznej nagrody rościć sobie mogą aż trzy kraje: Holandia, Rosja i Wielka Brytania. Niemcy chyba nie mają dostatecznych podstaw do takich roszczeń. I Geim, i Novoselov urodzili się i wykształcili w Rosji, obecnie jednak Geim jest obywatelem Holandii, Novoselov zaś ma podwójne obywatelstwo, brytyjskie i rosyjskie. Obaj od lat pracują w Manchesterze, więc ich miejsca pracy i badania finansowane są przez podatników brytyjskich i unijnych. Najbezpieczniej byłoby zatem stwierdzić, iż Nobel 2010 z fizyki został przeznaczony dla laureatów będących europejskimi naukowcami pochodzenia rosyjskiego!
Trzeba im gratulować sukcesu i być dumnym z osiągnięć ludzkiego rozumu. Wszyscy możemy być dumni!
- Zgadzacie się z tym wnioskiem drodzy czytelnicy?.
Opracował: Zbigwie
