Nanotechnologie
Nobelova cena za fyziku: grafen, materiál budoucnosti

Letošní Nobelovu cenu za fyziku získali Andre Geim a Konstantin Novoselov za své experimenty s grafenem, jehož unikátní vlastnosti vzbuzují naděje na široké praktické využití v elektronice a v nanotechnologiích. Jde o materiál tvořený jedinou vrstvou atomů uhlíku uspořádaných do pravidelných sítí připomínajících včelí plásty.

Andre Geim (51) a Konstantin Novoselov (36) pocházejí z bývalého Sovětského svazu. Geim dnes má nizozemské občanství, Novoselov ruské a britské. Jejich spolupráce začala v Nizozemsku, Novoselov ke Geimovi nastoupil jako postgraduální student. Oba v současné době působí na Manchesterské univerzitě.

Geim s Novoselovem grafen poprvé připravili v roce 2004 z obyčejné tuhy. Bylo to překvapení. Fyzikové tehdy soudili, že tak tenký materiál uspořádaný do pravidelné krystalové mřížky nemůže existovat, protože by byl velmi nestabilní.

Kapesní superpočítače

Experimenty ukázaly, že grafen má unikátní vlastnosti, protože v jediné vrstvičce atomů se významně projevují kvantové jevy. Ve vedení tepla nemá konkurenci, je extrémně pevný a stejně jako křemík má vlastnosti polovodiče. Elektrony se však v něm pohybují až stokrát rychleji, což je zásadní pro rychlost tranzistorů a tím i pro výkon počítačů na nich postavených.

Vědci z výzkumného centra IBM letos v časopise Science představili grafenový tranzistor s rekordní frekvencí 100 GHz. "S křemíkem je obtížné dosáhnout frekvencí přesahujících 5 GHz, zatímco grafenová technologie se může dostat až na 1000 GHz," komentoval to tehdy Tomas Palacios z Massachusettského technologického institutu, který se vývoji stejné technologie věnuje nezávisle.

Pokud mikročipy založené na uhlíku překonají etapu laboratorních prototypů a dostanou se do praxe, mohli bychom se dočkat "kapesních superpočítačů". Vše záleží na tom, zda se podaří vyvinout rychlou a levnou metodu přípravy grafenu, který je zatím dostupný pouze pro experimenty v malém měřítku.Grafen by v budoucnu mohl najít využití i v dotykových displejích, v solárních panelech nebo jako součást vodivých a extrémně mechanicky odolných plastů. Uplatnil by se tedy coby konstrukční materiál například při konstrukci aut, letadel a satelitů.

 Hravý fyzik

Geim je mimo jiné také autorem přilnavého materiálu založeného na stejných kvantových principech, jaké pomáhají gekonovi udržet se na hladkém svislém povrchu. A za svého půsoební v Nizozemsku s kolegy demonstroval diamagnetismus efektním pokusem se žábou levitující v magnetickém poli: