Nobelova nagrada za fiziko 2010

Danes točno ob 11.45 uri po srednjeevropskem poletnem času je Švedska kraljeva akademija znanosti objavila prejemnika letošnje Nobelove nagrade za fiziko. Za svoj doprinos k znanosti na področju fizike sta nagrado prejela 51-letni v Rusiji rojeni znanstvenik z nizozemskim državljanstvom Andre Geim in 36-letni rusko-britanski znanstvenik Konstantin Novoselov, oba z Univerze Manchester v Veliki Britaniji, za svoje delo na področju dvodimenzionalnega materiala grafena.

Grafen je relativno nova oblika ogljika, ki je po strukturi še najbolj podoben grafitu. Sestavljen je iz plasti ogljikovih atomov, katerih atomske orbitale so sp²-hibridizirane kakor v grafitu. Bistvena razlika je debelina, saj je grafen debel le eno plast atomov, medtem ko grafit sestoji iz več grafenskih plasti (milimeter debel grafit jih ima tri milijone), ki so povezane s šibkimi van der Waalsovimi interakcijami (zato je grafit mazav, druga alotropska modifikacija ogljika, diamant, pa ne).

Grafen je uporaben, ker ima mnoge uporabne lastnosti. Elektriko prevaja enako dobro kot baker, je prozoren, a so njegovi atomi tako tesno zloženi, da skozenj ne more difundirati niti helij, in ima veliko upogljivost brez uničenja popolne strukture satja na atomskem nivoju in robustnost na makro nivoju.

Geim in Novoselov sta bila pionirja na področju raziskovanja in priprave grafena. Pričela sta na macgyverski način, in sicer sta iz grafita z lepilnim trakom prenašala plasti ogljikovih atomov. Tako dobljeni skupki so bili že zelo tanki, a so vseeno imeli kar nekaj plasti atomov. Po dvajsetih ponovitvah prenosa, so bile dobljene plasti že tako tanke, da je bilo ponekod pričakovati monoatomne plasti. Da bi jih laže našla, sta kosme grafita pritrdila na oksidiran silicij in jih opazovala z elektronskim mikroskopom, s katerim sta našla dve mikrozaplati novega materiala - grafena. Novost je bila tu priprava in izolacija grafena, saj material kot tak obstoji v grafitu in v zakrivljeni obliki v nanocevkah ter fulerenih.

Trenutno se preiskuje kopica tehnik za pridelavo grafena. Ena je uvedba kemikalij, ki bi zmanjšale privlačne sile med plastmi v grafitu, druga je enostavno postrgati plasti z grafita, tretja je izžgati silicijeve atome iz kristalov silicijevega karbida, raziskujejo pa še druge. Največji doslej proizvedeni primerki grafena merijo 70 cm v širino.

Uporaba grafena v prihodnost bo, kot kaže, mnogotera: grafenski tranzistorji naj bi bili mnogo hitrejši od silicijevih, predvidevajo se prozorni na dotik občutljivi zasloni, sončni paneli in celo sončne celice. Z dodatkom le odstotka grafena bi plastika postala prevodna za elektriko in bolje prevodna toploto, hkrati pa robustnejša. Zaradi pravilne strukture bi lahko iz grafena izdelali tudi zelo občutljive senzorje, ki bi lahko zaznali že eno samo adsorbirano molekulo polutanta.