Gyulai József

Kell nekünk régió?

Tóth József - III. szemeszter, 2003.10.29

Napjainkban ismét felélénkülni látszik a hazai közigazgatási rendszer átalakításáról szóló szakmai-politikai vita. Az elmúlt évtizedben végrehajtott magyarországi változtatások nem hoztak létre új, átfogó rendszert. Különös aktualitást ad e kérdéskörnek hazánk belépése az európai integrációba. A "régió" mint az európai térszerkezet egysége az elmúlt évtizedben divatszóvá lett, s közben egyre inkább elhomályosult a jelentése. Az előadás arra vállalkozik, hogy megvilágítsa a régió fogalmát; kísérletet tesz a magyarországi reformfolyamat geográfiai hátterének bemutatására, természetesen nem megfeledkezve arról, hogy napjaink regionális struktúrája a Kárpát-medencében eltöltött évszázadok olykor zavartalan, máskor viszontagságos fejlődésének eredménye.

Do We Need Regions?

HUN

Tóth, József - Semester II, 2003.10.29

A region is not merely a geographic-economic entity, it is also characterised by common traditions, values and interests. A different picture emerges if we see Europe as a continent, as an ensemble of countries or as a set of regions. The near fifty states to be found here can be divided into just seventeen regions and the states, as artificial formations, actually violate regional borders. Regional co-operation has to be co-ordinated across borders by sovereign states, in favourable cases the state makes compromises in exchange for the benefits of co-operation. As a result of the instability of European historical borders, it was not possible to establish state borders built on lasting regional divisions. Borders usually hinder contact as well as social and economic development, this was particularly strongly felt in Eastern Europe after 1945. The mid-level division of Hungary's territories is built on the counties, the borders of which, however, are rigid and cannot meet the modern needs of regionalisation.

Az emberiség útja a nanovilág felé

ENG

Gyulai József - III. szemeszter, 2003.11.03

Mankind's Road to Nano-World

HUN

Gyulai, József - Semester II, 2003.11.03

Nanoscience and nanotechnology began with the exploration of the limits to the miniaturisation of computers. Soon, however, it became clear that in this quest, the co-operation of almost all branches of science were required. This makes it one of the most multi-disciplinary fields of science. The lecture gives an overview of the science while answering questions such as where nano-technology stands today, what has been achieved and the opportunities that exist. It also touches upon the solutions nanoscience can provide to the energy problems of mankind. We are introduced to the operation of some high-tech devices, which allow for atomic-size research, and the manipulation of the individual atoms. Prominence is given to the description of the production of nano-sized tools, since the creation and mass production of the tiny devices presented would be unthinkable without them. Possibly the most important role of nanoscience in the 21st century may be to attempt to understand the survival methods of mankind, the system of close-cycle production and consumption.

Anyai öröklődés, anyai hatás

ENG

Szabad János - III. szemeszter, 2003.11.10

Az alma nem esik mesze a fájától; Nézd meg az anyját, vedd el a lányát. Az ilyen közmondások azt a tapasztalatot fogalmazzák meg, hogy a szülők átörökítik tulajdonságaikat utódaikra. Hogyan? Azokat a törvényszerűségeket, amelyek szerint a tulajdonságok öröklődnek, először Gregor Johann Mendel ismerte fel és tette közzé 1865-ben. Vannak azonban olyan tulajdonságok, amelyek öröklődése nem követi a Mendel-szabályokat. Miért nem? Mi az alapja az ún. nem-mendeli tulajdonságok öröklődésének? Miért játszanak az anyák kitüntetett szerepet ebben a folyamatban? Hogyan jobbíthatjuk életünket a nem-mendeli genetika ismeretében? Az előadás a nem-mendeli genetika kérdéskörébe ad bepillantást.

Maternal Inheritance, Maternal Effect

HUN

Szabad, János - Semester II, 2003.11.10

It has long been observed that parents transmit their characteristics to their offspring. Gregor Mendel discovered the rules through research carried out on peas, from which he formulated the classic rules of inheritance. Some characteristics, for example the winding direction of the shell of paludal snails, apparently follow Mendel's inheritance rules but are one generation late. Such characteristics are not caused by the species' own genes, but by those of the mother. This is called maternal effect. Maternal effect is responsible for preparing the ovules before conception, therefore it is important for the healthy development of the offspring. The embryo protection programmes target the successful functioning of the maternal effect by accustoming future mothers to a healthy life style before conception. Another non-Mendelian inheritance type is maternal inheritance. Contrary to Mendel's observations, recessive characteristics do not appear in later generations either. Which character becomes dominant depends on the mother. The genes of characteristics that show maternal inheritance are not found in the nucleus but in the mithocondria of the cytoplasm, which come with the ovule, so all the genes they carry are maternal origin too.

1. ábra

^|1|
2. ábra

^|2|
3. ábra

^|3|
4. ábra

^|4|
5. ábra

^|5|
6. ábra

^|6|
7. ábra

^|7|
8. ábra

^|8|
9. ábra

^|9|
10. ábra

^|10|
11. ábra

^|11|
12. ábra

^|12|
13. ábra

^|13|
14. ábra

^|14|
15. ábra

^|15|
16. ábra

^|16|
17. ábra

^|17|
18. ábra

^|18|
19. ábra

^|19|
20. ábra

^|20|
21. ábra

^|21|
22. ábra

^|22|
23. ábra

^|23|
24. ábra

^|24|
25. ábra

^|25|
Animáció: Az alagútmikroszkóp elve (mpg, 13.9 MB!)

^|1|
Animáció : Mesterséges He-atomok, mint számítógép (mpg, 1,6 MB)

^|2|
Animáció : Dupla spirál 5-ös és 7-es gyűrűkkel (mpg, 2,25 MB)

^|3|
Animáció: FIB maró és rétegleválasztó üzemmód (mpg, 19,4 MB!)

^|4|
Animáció : Az STM szimulációja első elvekből (mpg, 1,1 MB)

^|5|
Animáció:

^|6|
Animáció : Az első mesterséges nanomotorok egyike (mpg, 2,6 MB)

^|7|

Gyulai József

Az emberiség útja a nanovilág felé

I. Bevezetés

Meglátni a korábban nem láthatót - mindig is vágyott erre az ember. Egy harmatcsepp nagyítását valószínűleg már a történelem előtti ember észlelte.
A fénymikroszkóp felfedezése (Leuvenhook) után a pár évtizede már atomi felbontást adó elektronmikroszkóp kifejlesztése következett.

^|1|
^|2|
^|3|

A világban élő ember horizontja fokozatosan tágult a nagyobb méretek és a kisebb méretek felé. Az elmúlt két hét előadásai e két dimenziónak alig elképzelhető mai végleteiről szóltak. A mai előadásban megmaradunk azoknál a méreteknél, amelyeket a kialakult érzékszerveink ugyan közvetlenül nem képesek érzékelni, de modern, bár költséges eszközeinkkel még "emberszerű", antropomorf képekként, alakzatokként jeleníthetők meg. A mértékegységek "ezredelődése" négy lépésben visz le bennünket a nanovilágba.

^|4|

Új ötlet volt a pásztázó elv felfedezése, de különösen annak általánosításai. Az elv lényege, hogy egy - lehetőleg nagyon kicsiny - ponton valamivel (fény, részecske) "megpiszkáljuk" a vizsgálandó anyagot, mire az valamivel, például elektronemisszióval válaszol. Az elektronok számát (áramot) megmérjük. Ezt követően egy szomszéd ponton végezzük el ugyanezt, és így tovább. Az egyes jeleket megjelenítjük - például egy képernyőn sorba rendezve, s ezzel előáll a vizsgált anyag valamilyen tulajdonságának a "képe". Ha emellett még meg is értjük, milyen tulajdonságot, milyen "választ" látunk, előreléptünk.

Így fejlődött ki a pásztázó elektronmikroszkóp (Ruska, Nobel-díj, 1986) és a pásztázó alagútmikroszkóp (Binnig, Rohrer, Nobel-díj, 1986). A pásztázó alagútmikroszkóphoz évtizedek műszaki fejlesztése és egy nagy ötlet kellett: felismerni, hogy az ún. piezokerámiák zsugorodása-tágulása a ráadott elektromos feszültség függvényében reprodukálható és atomi méretű alakváltozást eredményez, azaz atomi méretű pásztázást tesz lehetővé. Ezt követően azután "elszabadultak" az ötletek és mára már vásárolható pásztázó atomerő-mikroszkóp, pásztázó optikai mikroszkóp sok-sok változatban, pásztázó mágneses mikroszkóp, pásztázó (elektromos) kapacitás-mikroszkóp, amelyekkel vizsgálható a nanovilág.

Animáció: ^|1}| Az alagútmikroszkóp elve (mpg, 13.9 MB!)

Mindez nem teljesen idegen a mindennapi élettől sem. A korábbi lemezjátszóink "pick-up"-ja már valami ilyesmit csinált, de a számítógép rögzített mágneses adatainak kiolvasója, és különösképpen a CD-olvasók miniatűr lézere is nagyon hasonló elvet valósít meg.

Ami még izgalmasabbá tette mindezt, az az, hogy egyik-másik módszerrel akár egyes felszíni atomokat meg lehet fogni, máshová tenni, vagy éppen a kívánt helyre "odalökdösni". A pásztázó szondás eljárások ezzel a nanotechnológia laboratóriumi méretű kísérleteinek alapeszközeivé váltak.

II. A nanotudomány motivációja

A nanotudományt a számítástudományban bekövetkezett fejlődés hívta életre.
A számítástudomány eszközeiben döntő szerepet játszó tranzisztoroknak két típusát különböztetjük meg a bennük szerepet játszó töltéshordozók fajtája szerint: a bipoláris tranzisztorban mind az elektronok, mind a pozitív részecskeként viselkedő elektronhiány (lyuk) fontos szerephez jut, az unipolárisban lényegében csak az egyik szerepel. Az Intel sok magyar tudóst is tartalmazó gárdája a Fairchildból vált ki, nagy sikerrel: a technológiai higiéné elsőrendű fontosságát ők ismerték fel, és ezt kihasználva sikerült olyan tranzisztor-párokat előállítaniuk a szilíciumszeleten, amelyek számítógép-alapelemet képeznek. Az integrált áramkör Kilby első próbálkozása révén kezdett érdekessé válni.

^|5|

Gordon Moore, az Intel kereskedelmi igazgatója 1974 táján üzleti terv készítése közben vette észre, hogy a gyár képes évente megkétszerezni az egy chipen elkészített tranzisztorok számát. Arra tette le a garast, hogy ez még pár évig lehetséges lesz. Hogy harminc évig, azt maga sem gondolta - igaz, a kettő mára 1,8-szeresre csökkent. A Moore-törvényt először az USA félvezetőgyárainak konzorciuma kezdte professzionálisan vizsgálni a National Roadmap of Semiconductor Industries [A Félvezetőipar Nemzeti Útvonala] című tanulmányban, azt akarták megtudni, hogy mit kell annak érdekében tenni, hogy a trend folytatódjék. A nagy érdeklődés és a szakma multinacionalitása következtében, valamint amiatt, hogy a lehetőségek széleskörű vizsgálata még nem veszélyezteti egyes cégek vezető pozícióját, e tanulmány egy-két évente korszerűsített tanulmánysorozattá bővült, ez az International Technology Roadmap of Semiconductors [A Félvezetők Nemzetközi Technológiai Útvonala].

^|6|

A Roadmap nem sci-fi, tudós vélemények szerint reális. A 6. ábrán látható összehasonlítás azt mutatja, hogy a kétévenkénti korszerűsítés programja agresszív fejlődést takar. A mai koncepció már a 2015-ig terjedő időszakra van szabva.

A miniatürizálásnak nemcsak az azonnal látható előnyei döntőek (kis méret, kis fogyasztás stb.), hanem a megbízhatóság is megnő az integrációs fokkal. Az áramkörök "öregedése" megfordíthatatlan atomi mozgásokból ered, amelyet a (helyi) melegedések váltanak ki. Minél többet zsúfolunk be az áramkörbe az emberi intelligenciából, annál ritkábban kell annak tőlünk, tévedni képes emberektől bármit is kérdeznie.

^|7|

Vannak véletlen események is: például ha az áramkör érzékeny részeibe radioaktív részecskék csapódnak, ezek elektronokat váltanak ki, ami a tranzisztorok áttöltődése révén - szerencsére - egyszeri tévesztéssel (single event upset) jár. (A radioaktív szennyezés nem feltétlenül kozmikus vagy katonai eredetű: az olcsó áramkörök műanyag tokjában például jelentős tóriumszennyezés szokott lenni, ami radioaktív lévén ugyanúgy kiválthatja a tévedést.)

Mindennek a veszélyét azonban redundáns szervezéssel, többszörözéssel nagyrészt ki lehet küszöbölni. Persze a költségek hatványozottan nőnek - példaként vessük össze egy repülőgép elektronikájának megbízhatóságát egy pár centes órachipével.

A mikroelektronika többszörösen is húzóerővé vált. Egyfelől a komputerizáció, azaz az információ feldolgozása terén. Ám mindez információ-ellátás nélkül zsákutca: kell, ahová visszacsatoljuk a feldolgozott információt. Új kihívást jelent tehát az érzékelők és beavatkozók forradalma. Az első az információ forrása, a második a szabályozás eszköze.
Az érzékelők "funkcionális anyagok". Lehetnek egyszerűek: fizikai (mágneses, elektromos, alakmemóriával rendelkező stb.) vagy kémiai (hőre, nedvességre, savasságra, környezetszennyező anyagokra stb. változó tulajdonságú) anyagok. De lehetnek komplex technológiával kialakított eszközök is (pl. félvezető érzékelő, lézer stb.), sőt akár biológiai rendszerek is. Ezek a funkcionális anyagok vezetnek el az érzékelők és beavatkozó elemek "forradalmához". Ez a "forradalom" segíthet abban, hogy az emberiség teljes termelését - a termelés-fogyasztás teljes reciklizálásával együtt - kézben lehessen tartani. A nanotechnológia által kifejlesztendő elemek, eszközök jelentős elemei lesznek ennek a fejlődésnek.

A mikromechanikai megmunkálás (MEMS) a szenzorikai-beavatkozó forradalomnak kis országokban is művelhető technikája. Itt a félvezető technológia eszközeivel alakítunk ki például nyomás-, gyorsulásérzékelőket, vagy akár komplett, miniatűr kémiai, biokémiai laboratóriumokat (biochip). A mikromegmunkáló eljárások nagy előnye, hogy "öröklik" a mikroelektronika gazdaságosságát és megbízhatóságot biztosító technikáját. Mint minden más terület esetében, ennek a szakmának a kifejlődéséhez is "tömegigény" szükséges, amit itt a gépkocsik légzsákjának tömeges alkalmazása jelentett. A légzsák vezérlőelektronikájában egy gyorsulásérzékelő chip van, amelynek nagyon pontosan kell a gyorsulást, lassulást érzékelnie (egy pontosan méretezett, finom szilícium nyelvecskéről van szó, amelynek az elhajlását mérik). Minthogy itt szép saját eredményeink is vannak, erre és mindennek az illusztrálására később visszatérünk.

A számítógépektől az emberiség sokkal többet vár, mint például egy virtuális valóság akármilyen hű megteremtését a képernyőn. A lehetőségek kiaknázásához azonban szükséges a gépeknek adatokkal való ellátása, hogy a processzált információ segítségével azután valamilyen folyamatba be tudjunk avatkozni. A számítógépek teljesítményének megnövekedése szintén provokálja napjainkban az érzékelők és beavatkozók "forradalmát".

Ahogy fentebb utaltam rá, érzékelő bármilyen anyag vagy anyagokból készített komplex szerkezet lehet, amelynek a tulajdonságai megváltoznak valamilyen külső hatásra. Zrínyi Miklós előadásában szerepeltek például intelligens anyagok - bár azok nem egészen azok voltak, amelyekre itt gondolok. Nem elégítik ki ugyanis önmagukban, további érzékelők ráépítése nélkül azt a szempontot, hogy az érzékelő végül is elektromos jelet szolgáltasson, mert a komputer csak ezt tudja kezelni. A nanotechnológia kacérkodik azonban azzal, hogy a nanorendszer a feldolgozást is önmagában, belül végezze el további molekulák segítségével - mint például egy élő sejt. Ez is "elektromosság", legfeljebb elektronok helyett protonok közvetítik.

^|8|

A miniatürizálás kérdése a Föld lakhatóságának fenntartása szempontjából is kulcskérdés: tízmilliárd ember léte csak rendkívül szervezett formában képzelhető el. Noha sokan még marginalizálják a megújuló energiaforrások szerepét, az évszázad végére jelentősnek kell lennie az atom/fúziósenergia és a megújulók részesedésének.

A 9. ábrán az USA térképe mutatja, hogy a megújuló energiaforrások (ez esetben a direkt napenergia hő- és elektromos termelése) csak energiasűrűség szempontjából marginálisak, összességükben nagyon is jelentősek.

^|9|

Az ábrán látszik, hogy a napenergia az időnek akár több mint 70%-ában is képes lehet ellátni az igényeket, "amikor a legnagyobb szükség van rá". Ha a klímagépünk áramát helyben termeljük meg napenergiából, akkor nyugodtan járhat, nem okoz környezeti melegedést. A direkt napenergia felhasználásában az időeltolódás minimális, legfeljebb arról van szó, hogy a nappal megtermelt energiával az éjszakákat melegítjük kissé.

III. A nanotudomány elvei

Az anyagoknak atomi szintű láthatóvá tétele a 20. század nagy eredményei közé tartozik. Ezeknél a módszereknél az "atomi felbontás" mindig is közvetett láthatóvá tételt jelent, azaz nem magát az atomot látjuk, hanem atomok közös megnyilvánulását - mint például az atomi felbontású transzmissziós elektronmikroszkópiai képnél. Fokozatosan fedezték fel és törtek előre azok az eljárások, amelyek ugyan közvetettek, de az egy-egy atom által kibocsátott "válaszjelet" érzékelik - ilyen a már említett pásztázó alagútmikroszkóp és pásztázó atomerő-mikroszkóp, de ilyen a már jó félévszázados ötlet, az ún. téremissziós mikroszkóp is.

A következő lépésben az emberiség már azokat a módszereket kereste, amelyek atomi szinten kézben tartott "megmunkálást" jelentenek. Az elmúlt néhány évtizedben megjelentek olyan fizikai módszerek, amelyekkel ilyen rétegeket lehetett előállítani, ezeket azután - például a mikroelektronika rajzolatkészítő eljárásaival - a kívánt alakra lehetett "faragni". Ilyenek a speciális oxidnövesztések, a molekulasugaras epitaxia (MBE).

A nanotudomány eredetileg az egyedi manipulációk kifejlődésével indult. Ehhez egy szellemesen egyszerű műszaki termék létrejötte kellett, az ún. piezokerámiáé. Ez a keramikus anyag, ha elektromos feszültséget adnak rá, reprodukálhatóan összehúzódik, illetve kitágul. Ez az alakváltozás olyan kicsiny, hogy az atomi méretek tartományában szabályozható. Binnig és Rohrer Nobel-díjas ötlete volt, hogy így atomi pontossággal lehet egy tűt a vizsgálandó, illetve átalakítandó felület mentén mozgatni (pásztázó alagútmikroszkóp, STM).

^|10|

Nem sokkal később meg is jelentek azok a képek, amelyek egyedi atomoknak a felületen való elrendezéséből születtek, és például betűket ábrázoltak.

Ezzel indult el a nanotechnológiai megmunkálások demonstrációs fázisa. Világos, hogy ilyen módon aligha lehetne "termelni", de prototípusok elkészíthetők. Ezt kell követnie olyan eljárások kifejlesztésének, amelyek már atomok tömegeivel végzik el ugyanazt, amit az STM tűje egyetlen atommal.

A már tömeges előállításra is alkalmas jelenségek összefoglaló neve önszerveződés. Ez az eljárás hozza a nanotudományt a kémiával, de különösképpen a kolloidkémiával rokonságba. Egy alapvető különbséggel. Nevezetesen, a kémia korábban nem vizsgálta, hogy a kémiai reakciók hol jönnek létre, mely pontokon "támadnak". A nanotechnológia itt ad feladatot a kémiának: a tér- és síkbeli szabályosság alapkritérium, hiszen a keletkező elemek csak így lehetnek megtalálhatóak, a számítástechnika nyelvén: címezhetők.

^|11|

Az önszerveződés sokféle okból előállhat. A növények életéhez elengedhetetlen víz hiánya okozza, hogy a sivatagban szinte "négyzetes vetés" szerint nőnek a szegényes bokrok - a túl közel került magokból sosem lesz növény. A főzőedény fenekén szabályos rendben keletkeznek a buborékok, mert "begyűjtik" a közelükben a gőzzé váláshoz elegendő energiát nyert molekulákat. A 11. ábra harmadik képén egy vékony, egyenletes erbiumréteggel borított szilíciumfelületnek a hőkezelés hatására létrejövő önszerveződő átalakulását mutatjuk be. Ha a rendezést szolgáló természettörvények "nyugodtan" működnek és "ellenségük", a rend ellen ható hőmozgás nem ront el mindent, nagyon sok rendszer "önszerveződik".

IV. A nanotudomány területei

A nanoméretű számítógép olyan elvekre épül, amelyeknél valamilyen atomisztikus fizikai mennyiség veszi át a tranzisztor kapcsolószerepét. Ilyen lehet az elektronok spinje, ugrás a szupravezető-nem-szupravezető állapot között stb.

A kvantumszámítógép megvalósítását befolyásoló legfontosabb törvény talán az ún. Pauli-féle kizárási elv. Ez azt mondja ki, hogy egy olyan kvantummechanikai rendszerben, ahol "érzik" egymást a részecskék (fermionok), nem lehet két részecske teljesen azonos állapotban, legalábbis a spinjeiknek különbözniük kell.

Ez adta az ötletet ahhoz a géphez, a kvantum-sejtautomatához, amelynek az amerikai kifejlesztésében egy magyar tudós, Csurgay Árpád akadémikus is részt vett. Itt először egy fémpontokból álló rendszert hoznak létre egy szigetelő felületén oly módon, hogy a pontokra helyezett elektronok egymással vonzó-taszító kapcsolatban legyenek. Minden pontra két elektront helyeznek, melyek - taszítván egymást - átlósan helyezkednek el. Ha egy ponton átlökjük a rendszert, átbillen, mint egy dominósor.

Animáció ^|2}| : Mesterséges He-atomok, mint számítógép (mpg, 1,6 MB)
Ha az útvonalakat, összecsatlakozásokat különböző hosszúságúra készítjük, az ilyen sor képes algebrai feladatok (összeadás, szorzás stb.) végzésére. Persze csak nagyon-nagyon alacsony hőmérsékleten.

^|12|

Az új ötletek közül egy ausztrál barátom, D. Jamieson munkáját említem, aminek az a lényege, hogy eredő spinnel nem rendelkező szilícium-izotópból (28Si) épített kristályba egy-egy kölcsönhatási távolságban lévő foszforatomot implantálunk, ültetünk. Ezek spinjei képezik a kvantumkomputert. A kvantumkomputer elemeiről, a klasszikus világ és a kvantumvilág összehasonlításáról Mihály György beszélt a tavasszal.
Jamieson ötletét, eljárását azért tartom perspektivikusnak, mert a mai IC-gyártás módszereit, eszközparkját alkalmazza. Egy maszkrendszert készít, amelynek 50 nm-es rései vannak, és ezen át implantálja - kicsiny áramokat használva - a résenként egyetlen foszforatomot, amelynek spinje lesz a Kane-féle számítógép lelke. Azaz a spinek átállításával jön létre az információ feldolgozása.

^|13|

Más elvű, lényegében a mai tranzisztorokhoz hasonló gépet valósít meg a szén nanocsövekre alapozott integrált áramkör - de ehhez a nanocsövekről kell először beszélnünk. A szén nanocsövet 1991-ben Iijima fedezte fel. Az ún. egyfalú változatban ezek keletkezése úgy képzelhető el, mintha grafitból egyetlen síkot lehasítanánk és csővé tekernénk. Az összetekerés módjától függ, hogy a keletkező nanocső fémes vagy félvezető tulajdonságú lesz-e.

^|14|

Az Infineon ezen előadásom céljaira rendelkezésünkre bocsátotta a legújabb integrált áramköri ötletét, amely a 2015. utáni idők egyik lehetséges trónkövetelőjének tűnik. Ebben a fémezés "fúrt" lyukaiba vertikálisan növesztett, félvezető nanocsövek vennék át a tranzisztorok szerepét. Előbb egy egyszerű nanocsöves fémezést mutatunk, majd egy háromdimenziós nanocső-tranzisztort (14. ábra).

^|15|

A fotonika, amely valahol az optika és a kvantummechanika határán fejődő tudományág, szintén sok meglepetést tartogat az információfeldolgozás területén. Ezek közül egyet ragadok ki. A fotonikus kristályok olyan szabályos rendszerek, amelyek csak meghatározott színű (hullámhosszú) fényt engednek át, illetve vernek vissza. A természet is produkál sok ilyet: a tengeri állatok, rovarok irizáló színét ilyen fotonkristályok okozzák. Biró László Péter munkatársam és Bálint Zsolt biológus a lepkék szárnyának szerkezetét vizsgálva megállapították, hogy ugyanazon lepkefaj magas hegyen élő egyedeinek szárnyából hiányzik a fotonkristályt adó finomstruktúra, emiatt ezek egyszerű barna színűek, nélkülözik a szép "férfias" színeket.
Kiszámították viszont, hogy emiatt néhány fokkal magasabb a testhőmérsékletük, ami a magas hegységekben életmentő lehet.

A Magyar Tudomány októberi száma a nanotechnológiával foglalkozó tematikus szám, amelyben a hazai kutatások egy jelentős szegmensét sikerült megjelentetni. A műszaki mikrotudománytól indulva az informatikai nanotudományon át a fizikai, optikai nanokutatásokon keresztül a kémiai nanotudományig mutatja be a magyar eredményeket. Egy átvezető cikk erejéig a biológiai nanotudomány egy iskolájának eredményeit is ismerteti.

A kis országokban a "réskeresés" stratégiája jöhet csak számításba: meg kell keresni azokat a pontokat, ahol a saját eszközeinkkel mások által észre nem vett vagy más okból nem művelt területeken tudunk figyelemre méltót alkotni. Ilyen területnek bizonyult a lepkék szárnyán a fotonikus kristályok tulajdonságainak felfedezése, amit több külföldi napilap is közölt a tudományos oldalain.

^|16|

A mikromegmunkálás, MEMS terén elért saját eredményeinkről is szeretnék szólni. A mikromegmunkálás témáját is olyannak tartottuk, ahol a hazai eszközök, lehetőségek elegendőek ahhoz, hogy figyelmet keltő eredményekre jussunk. Már korábban is dolgoztunk a hazai iparnak nyomásadó chipek fejlesztésével, kissorozatú előállításával. Ezen az alapon jöttek létre azok a konzorciumok, amelyek az EU "Mesterséges szaglás" néven futó prioritásához vezettek. E program végcélja a kábítószer-, robbanószer-, környezetkárosító gázmolekulák mérése, azonosítása. Az egyik elv egy szabályozható mikrofűtőtestre alapozódik, amelyre katalitikus anyagok vihetők fel, és az égéshő mérésével lehet az anyagokat mérni, a katalizátorral azonosítani (Bársony István, Dücső Csaba és mások).
A témában jelenleg egy hatelemű chip kifejlesztése folyik környezetvédelmi célokra (szeméttelepek kigőzölgése). A chipen egy új rendszerű, mikroméretű gázáramlásmérő is van, amely úgy méri az átszivattyúzott gáz mennyiségét, hogy egy ilyen fűtőtest hőimpulzussal kissé felmelegíti az alatta áramló gázt és egy - meghatározott távolságban létrehozott - hőmérőnek kialakított érzékelővel mérjük, hogy mennyi idő múlva ér oda a melegített gáz.

A mikrotechnika lehetővé teszi, hogy tapintásérzékelőt fejlesszünk hasonló elven. Ennél a lebegő lemez elbillenését mérjük elektromos úton.

A nanotudomány területei közé tartoznak a nanoátalakítások is.

^|17|

A nanokristályok - akár zárványként - nagyon sok izgalmas feladatra alkalmasak.
Sok olyan tulajdonságuk van, amely a nagyobb méreteknél nem is ismert. Többféle módszerrel lehet ilyeneket előállítani. Az MFA a különféle vékonyréteg-leválasztásokban és az ionimplantációban jártas. Egy ilyen különlegesség látható a 18. ábrán, ahol szénionokkal implantáltuk (bombáztuk) a 800 Celsius-fokra hevített szilíciumkarbid-kristályt, és ekkor a belőtt szénatomok összekapcsolódtak gyémánt nanokristály-szemcsékké (Pécz Béla, valamint a rossendorfi FZR kutatói - a kép egy új, pályázati úton beszerzett, nagyfelbontású elektronmikroszkópunkkal készült).

^|18|

Izgalmas téma az olyan szilíciumoxidba ágyazott szilícium nanokristályok előállítása, amelyektől remélhető, hogy ún. stimulált emisszióra képesek, azaz végre lézerfényt lehetne a szilíciumból is "kicsiholni". Ennek a távlatai szinte beláthatatlanok - hiszen a szilícium "istenáldotta" anyag, de az az átok ül rajta, hogy hagyományosan nem lehet lézert csinálni belőle. Emiatt azután nem volt igazán sikeres az integrált áramköri technikának és az optikai adatfeldolgozásnak a kombinálása - egyetlen chipen!

^|19|

Az egyik elismerten sikeres kutatásunk a szén nanocsövek (carbon nanotubes, CNT) előállítása és átalakítása. Az első CNT-t mondhatni véletlenül készítettük: Dubnában 1992-ben nagyon nagyenergiájú ionokkal bombáztunk grafitot, és az alagútmikroszkóp szálakat jelzett a becsapódási kráterekből kiindulva (Biró László Péter, Havancsák Károly, Gyulai József).
Mivel a nanocsöveket alig korábban, 1991-ben fedezte fel Iijima, egy ideig eltartott, míg leellenőriztük, hogy valóban CNT-t állítottunk elő - egy új módszerrel. Sikerült az ionos bombázást alkalmazó, ún. FIB (focused ion beam - fókuszált ionsugár) berendezéssel elvágnunk a csövet és a mikroszkópban a lyukat észlelni.

^|20|

A CNT különleges anyag: a tulajdonságai a gyémántéval vetekszenek. Említettük, hogy lehet fémes vagy félvezető tulajdonságú. A mechanikai tulajdonságai még érdekesebbek: olyan szilárd, hogy a saját súlyát a Földön kb. 5-600 km hosszban elbírná! (Összehasonlításul: az acélra ez az érték 25-30 km.) Érthető tehát a világszerte megnyilvánuló érdeklődés például kompozitanyag "töltelékeként" való felhasználása iránt.

^|21|

A jelenlegi munkáink - melyek Biró László Péter irányításával zajlanak és sok fiatal is részt vesz bennük - a nanocsövek átalakításával kapcsolatosak. A CNT hatszöges elemekből áll, van egy- és többfalú változata. Sikerült a csoportnak olyan eljárást kidolgoznia, amellyel a hatos gyűrűk közé egyes helyekre ötös vagy hetes gyűrűket építünk.

Animáció ^|3}| : Dupla spirál 5-ös és 7-es gyűrűkkel (mpg, 2,25 MB)

Ennek eredménye mechanikai feszültségek beépítése, ami például elágazásokat hoz létre vagy hengerspirál kialakulását eredményezi.

Nanomegmunkálások

^|22|

Intézetünk nemrégen pályázati úton hozzájutott egy különleges eszközhöz egy ún. nanomegmunkáló állomáshoz. Ez alapjaiban egy LEO gyártmányú, különlegesen nagy érzékenységű (1-2 nm!) pásztázó elektronmikroszkóp, amelybe két kiegészítő eszközt építettek be. Egy ún. fókuszált ionnyalábban működő ionmarót (FIB), amellyel szubmikronos léptékben lehet az anyagot eltávolítani, "faragni", és egy olyan leválasztó ("rajzoló"?) rendszert, amely ötféle gázt tud a megmunkálandó anyagra ráfújni, amelyek azután az érkező elektronok vagy ionok hatására vegyülve lecsapódnak a felületre. Mindezen folyamatokat a pásztázó mikroszkópban menet közben látjuk, vezérelhetjük. A következő animáción egy CMOS áramkör boncolását mutatjuk be a LEO cég demo felvételén.

Animáció: ^|4}| FIB maró és rétegleválasztó üzemmód (mpg, 19,4 MB!)

Saját eredményként egy felboncolt optikai elemen, az ún. Bragg-reflektoron mutatjuk be a vágás műveletét (Tóth Attila, Volk János). (22. ábra)

Ezen az ábrán a végső "polírozást" nem a LEO gépben, hanem egy olyan ionmaróval készítettük, amelynek a különböző generációi évtizede a világ előtt jártak egy lépéssel. Barna Árpád konstruktőri tudását dicséri ez a gépcsalád (23. ábra).

Szimulációk

^|23|

A szimuláció a modellalkotásnak az a mai fajtája, amely egy jelenséget - többé-kevésbé a maga komplexitásában - számítógépes módszerekkel leír, láthatóvá, megtapasztalhatóvá tesz. Azaz a modellalkotás egy programcsomagként realizálódik. Ez többféle elv felől lehetséges. Számomra, aki az alapkutatásból indultam el, azok a szimulációk a legkedvesebbek, amelyek az ún. első elvekből kiindulva jutnak el a valóságot jól közelítő eredményhez.

A mikroelektronika fejlődése csodálatos bizonyítéka a szimulációs eljárások, például a technológiaszimuláció sikerének. Sokat lehetett hallani róla, hogy több méretgeneráció-váltásnál számítógépen dolgozták ki az új technológiát, és már az első napi termék eladható volt (a Nippon Electric Company esetében a 64 MB-ről a 128 MB-re való átállásnál hallottam ezt először nagy dicsőséggel emlegetni.)

A mérési eljárások szimulációja is rendkívül fontos, mert segítségükkel a méréskiértékelés jutott új korszakba.

A nanotechnológiában Márk Géza kollégám tudása révén elsőként sikerült az alagútmikroszkópiára első elvekből - ez esetben a Schrödinger-egyenletet megoldva egy alaplemezen lévő egyfalú szén nanocsőre - az elektronfelhő mozgását láthatóvá tenni.

Animáció ^|5}| : Az STM szimulációja első elvekből (mpg, 1,1 MB)
Egy magyar kutató (Vonderviszt Ferenc, Veszprémi Egyetem) japán útján részt vett az E. Coli baktérium flagellumának modellezésében. A jelen előadás céljára rendelkezésemre bocsátott csodálatos filmeket a nanomotorok tárgyalásánál mutatom be.

A nanotechnológia finanszírozottsága

Először az USA-ban hirdetett meg Clinton elnök speciális kereteket a téma felfuttatására. Ezt követte Japán, majd az EU, illetve a nagyobb európai országok nemzeti projektjei (pl. Németország). A téma reális, de a fantasztikum határait súrolják a kidolgozandó ötletek. Hazánkban is több sikeres pályázat volt, több OTKA-pályázat mellett, két nanotechnológiai NKFP pályázat is. Legfrissebben a Miniszerelnöki Hivatal támogatásával indult kutatás az MFA koordinálásával Nanogas címen a környezetmonitorozás új, nanotechnológiára alapozott eszközének kifejlesztésére.

V. Hová tartunk? Vízió és valóság

A világ nagyon sok lehetséges és fantasztikus álmot álmodott meg a nanotechnológia terén. Ebben a fejezetben főleg képekkel mutatjuk be, mit szeretne a nanotechnológia tudósgárdája a természettől ellesni.

Bio-nanomotorok

A biológiában a forgómozgás csak néhány célra állta ki az evolúció próbáját. Ahol azonban ez - kizárólag nanoméretekben - bekövetkezett, az igen általános és az élet fontos elemeként tartjuk számon. Az ún. Adenozin-trifoszfát (ATPase) a sejtek energiaellátásának kulcsa. Ez a molekula kémiai energiát alakít forgómozgássá. Így válik a molekuláris motorok tanulmányozásában alapvetővé az ATPase-molekula vizsgálata.
Egy másik ilyen "bevált" forgás az E. Coli baktérium csillója (flagellum), a baktérium helyváltoztatásának eszköze. Ez a csóvává tekeredő fonalrendszer két irányban is képes forogni, és elviszi a baktériumot onnan, ahol "rosszul érzi magát". Mint említettük, Vonderviszt Ferenc személyében magyar kutató is részt vett abban a munkában, amely a csilló növekedését, működését vizsgálta Japánban. Az ő kapcsolatainak köszönhetően Keiichi Namba, a Protonic NanoMachine Project, Erato (JST Project) igazgatója is rendelkezésünkre bocsátotta azt a filmanyagot, amelyet az elektronmikroszkópos in vitro vizsgálatok képi eredményeiből
szintetizáltak mozgóképpé.
Animáció: ^|6}| Ma kezdjük érteni, hogy mi történik...utána tudjuk csinálni? (mpg, 27 MB!)
Modellkísérletek folynak a molekulának mesterséges nanomotorként való felhasználására. E terület egyik legjelentősebb kutatója, Carlo Montemagno (UCLA, USA) két modelljét is rendelkezésünkre bocsátotta.
Animáció ^|7}| : Az első mesterséges nanomotorok egyike (mpg, 2,6 MB)

Az egyikben a molekula forgó rúdjára ültetnek egy pálcaalakú molekulát, amely együtt forog az ATPase-zal, a másiknál maga az ATPase-t dobja fel a felszabaduló energia.

A kémiával való rokonság azért nem egészen azt jelenti, hogy a kémia, pláne a kolloidkémia, mindig is nanotechnológiát csinált. A kémia korábbi feladatainál ugyanis a reakciók támadási pontjai véletlenszerű helyeken lehettek. Az volt a lényeg, hogy teljes terjedelmében előálljon a reaktorban a kívánt vegyület. A nanotechnológia, amely valahol az informatikai alkalmazások húzóerejét használja, akkor tud egy szerkezetet használni, ha azon a funkcionális elemek rendezetten helyezkednek el. Ez kell ahhoz, hogy "címzetten" tudjuk őket befolyásolni, kiolvasni. Az önszerveződést megvalósítani - ez a nagy feladat. Az önszerveződés ellen dolgoznak tudniillik a statisztikai, a hőrezgéses stb. események. Ezek tehát nagy ellenségei a nanotechnológiának - ha nem alacsony hőmérsékleten akarjuk művelni.

Annak ellenére, hogy az informatikai alkalmazások húzzák az ipart, könnyen lehet, hogy a nanotechnológia igazi területévé az élettudománybeli alkalmazások válnak. Talán nem önmagukban, hanem interdiszciplínává összekapcsolódva.

^|24|

Ezen a területen sok minden történt is már. A mi intézetünk (Bodócs László) már a nyolcvanas évek végén kooperált a KFKI RMKI kutatóival (Jánossy Vera) az agy elektromos jeleinek regisztrálására. Készült is az akkori technológiai szintünknek megfelelő, 16-kontaktusos elektródarendszer, amely a macskák agyába ültetve hetekig alkalmas volt az idegi működés tanulmányozására.
Más biokompatibilis chipeket is készítettünk, például olyanokat, amelyek elektródáival csiga-neuronokat tudtunk stimulálni hosszú időn át, azaz a neuron kellemesen érezte magát a tápoldatba merített chipen. Ez a kísérlet jutott eszembe, amikor nemrég megkaptam ehhez az előadáshoz az Infineon drezdai gyárában mai csúcstechnológiával készült biochipről készült anyagot, amellyel szintén neuronokat vizsgáltak.

^|25|

A biochipekről beszélve idekívánkozik egy aktualitás: nemrég járt hazánkban - az EU Fiatal Kutatók Versenyén - Ivar Giaever Nobel-díjas professzor, aki már a díj előtt átnyergelt a biofizikára, és olyan eszközöket fejlesztett és gyárt, amelyekkel annyira gyenge jelekkel gerjeszthetők a sejtek, hogy "észre sem veszik", hogy vizsgálják őket. Ez is biochippel működik.

A Genomics biochipjének előállításához is a félvezetők eszköztára kell, de a rögzített és aktivált fehérjék jelének detektálása fluoreszcenciával, optikai képfeldolgozással történik.

VI. A nanotudomány gondjai

Most néhány gondot - sokszor személyes véleményt - szeretnék az olvasóval megosztani. A nanotechnológia ambíciója, hogy ellesse az élővilág "trükkjeit", például a növényi élet direkt napenergiára alapozott működését ("Nap-élet"), és ezzel új szerkezeteket állítson elő, izgalmas és mindenképpen kutatásra érdemes kérdés. Hogy a DNS képes nemcsak fehérjéket rendezni, hanem például fématomokat is befoglalni a spiráljába, azt mára öt rézatomra bebizonyították. Az Argonne National Laboratories közölte, hogy funkcionalizált fehérjék aranyatomokat képesek szabályosan elrendezni.

A gondokat másutt látom. Az emberiséget a fosszilis anyagok okozta energiabőség elkényeztette egy sok nagyságrenddel nagyobb termelékenységgel, mint amit a Nap-élet tenne lehetővé. Tehát a civilizáció eszközeit nem "növesztjük", hanem "termeljük". A termelés lényege, hogy - a minőségi követelmények határain belül - azonos ("klónszerű") termékeket állítunk elő, nagy tömegben, gyárakban.

Az élővilág fejlődése ezzel szemben néhány sarkalatosan más ponton nyugszik. Az evolúciós fejlődés lényege az önreprodukció, és ha egy-egy kis hiba (mutáció) csúszik be, az új minőséget annak tartós, örökített fennmaradása teszteli. Ha a mai ipar minőségellenőrzésének, a Total Quality Managementnek a követelményeivel akarom ezt összevetni, nagy gondokat érzékelek. A mai ipar megbízhatósági követelményei óriásiak, az élővilág sokkal több hibával fejlődik. Gondoljunk pl. egy repülőgép elektronikájára - úgy, hogy éppen benne ülünk. A kiemelkedő minőségű (pl. katonai) áramköröknél legfeljebb minden 1010 elvégzett művelet esetén lehet egyetlen tévesztést tudomásul venni, de még ez sem jelent katasztrófát: a mai gyors számítógépek - a kormány tényleges elfordítására kiadandó parancsot megelőzően - akár sok százszor újra ellenőrizhetik a gyanús eredményt. Ezt a megbízhatóságot az élővilág aligha tudja produkálni.

Egy nanotechnológiai "termék" tesztje a természetes kiválogatódás gyorsított változatát igényelné. Azaz nem fogadható el, hogy arról a generációk sora ("vevői elégedettség"?) döntsön. Erre vonatkozó megoldásról nincs tudomásom.

Fontos az is - mint minden nagy eredménynél -, hogy az alkalmazást megelőzze a gondos hatásvizsgálat - már amikor erről szó lehet. De látjuk, hogy ezt sosem tette meg az emberiség. Így folyamatában kell a hatásokról meggyőződni.

Vajon időben vagyunk-e a mikroelektronika utáni felkészülésre? Erre egy nagy kérdőjel: jelen lehettem a Cornell Egyetem Submicron Facility laborjában egy szakmai diszkusszión, amely az akkor elkészült első 100 nm-es tranzisztorok "kihozatalának" feljavítását célozta. A dátum, figyeljünk: 1986 nyara. A 100 nm-es tranzisztor, tömegtermékként, csak 2001-ben jelent meg - akkor is csak az élvonalbeli gyárakból. Azaz tizenöt év kellett. Nos, a 2018. utáni "valaminek" tehát már itt kellene lennie, legalábbis laborszinten. Nagy optimizmus kell ahhoz, hogy azt gondoljuk, az itt elmondott sci-fik bármelyike olyan állapotban van, mint a 10 nm-es tranzisztor volt 1986-ban.

VII. A 21. századi emberiség missziója

Az emberiség fő problémája a 21. században az energiagazdálkodás és a környezet fenntartása. A fejlett emberiség missziója ennek megfelelően az, hogy kidolgozza azt a módozatot, ahogy tízmilliárd ember tartósan élhet, azaz a zárt ciklusú termelés-fogyasztás megteremtése minimális anyag- és energiaráfordítással. Amit lehet, a megújuló energiafajtákra kell terelni. A többit atomerőművekben, illetve majd fúziós úton kell előállítani. De a Föld felmelegedését nemcsak az üvegházhatás váltja ki, hanem az is, ha az érkező napenergia tízezredénél többet szabadít fel többletként az emberiség.

Mit tehet a nanotudomány ebben a misszióban? Sokat. Eleve anyagtakarékos, hogy energiatakarékos lesz-e, az ki fog derülni.

Köszönetnyilvánítás

Nagyon hálás vagyok a munkatársaimnak, nem csak az itt névvel szereplőknek, hiszen egy intézet kollektívájának évtizedes munkássága juttatott minket ide és engem reflektorfénybe - ahol a megérdemeltnél biztosan több dicsőségben van részem. Nagyon köszönöm azoknak a barátaimnak a világ minden részén és azoknak a cégeknek, akik önzetlenül lehetővé tették csodálatos anyagaik felhasználását.

http://www.mindentudas.hu/gyulai/20031103gyulai27.html

Terminus 1	Terminus 2	Leírás
CMOS		Complementary Metal Oxide Semiconductor; egy p- és egy n-csatornás MOS tranzisztorpárokat alkalmazó integrált áramkör. A többi megoldáshoz képest rendkívül kicsiny a fogyasztása.
Fairchild		A hetvenes évekig az egyik legjelentősebb félvezetőgyár, innen vált ki az Intel alapító gárdája.
genomics		Az élőlények génszerkezetét tanulmányozó tudomány.
IC		Integrated circuit (integrált áramkör). Több (sok-sok) elemet, elsősorban tranzisztort tartalmazó áramköri chip.
Infineon		A Siemensből kivált, félvezető-technológiára szakosodott nagyvállalat.
Intel		A világ egyik vezető félvezető eszköz-gyára.
MEMS		MicroElectroMechanical Systems; a félvezető gyártástechnológia eszközeivel mikro-méretekben megmunkált, nem feltétlenül elektromos eszközök.
MFA		Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet.
molekulasugaras epitaxia	(MBE)	Atomi rétegek szintjén kontrollált vékonyréteg-anyagleválasztási módszer.
oxidnövesztés		A félvezető-technológia egyik legfontosabb eljárása, amelynek legkritikusabb feladata a tranzisztorok kapuelektródáját elszigetelni a mozgó töltéshordozóktól. A méretcsökkenéssel ennek vastagsága drámaian csökken; a mai csúcsáramköröknél mindössze néhány atomi réteg vastagságú, ennek a vastagságnak kell az üzemfeszültséget átütés nélkül kibírnia.
pásztázó alagútmikroszkóp	(STM)	A pásztázó eszközök új fajtáit bevezető első eszköz, amely egy atomosan hegyes tű alatt, néhány atomnyi távolságban (piezokerámiával) mozgatja a vizsgálandó felületet, és az abból a tűbe átlépő ún. alagútáram mérése révén képezi le a felületet.
pásztázó atomerő-mikroszkóp		Az anyagok között atomi távolságon ható vonzó-, ill. taszítóerőket érzékelő eszköz
pásztázó (elektromos) kapacitás-mikroszkóp		Vezető tűszondával működő pásztázó eszköz, amely a tű és a mérendő anyag közötti rendkívül kicsiny kapacitásokat térképezi fel.
pásztázó mágneses erőmikroszkóp		A nanoméretekben fellépő mágneses tereket érzékelő pásztázó eszköz.
pásztázó optikai mikroszkóp	(near field - közeltéri)	Optikai szállal nanoméretűvé tett fényfolttal működő eszköz, amely az egyes pontokról kapott információt számítógépi módszerekkel alakítja képpé - emiatt nem érvényesek rá az optika korlátozó feltételei.
piezokerámia		Olyan keramikus anyag, amely elektromos feszültség hatására reverzibilisen változtatja a méretét - ha kell atomi, azaz nanoméretekben.

Magyar Tudomány 2003/9, Nanotechnológia:

Gyulai J.: Nanotechnológia - az átalakulások tudománya. Bevezető gondolatok

Bársony I.: Mikrogépészeti eljárásokkal a nanotechnológia felé

Csurgay Á.: Áramkörelmélet a nanoelektronikában

Kroó N.: Felületi plazmonok és közeli térmikroszkópia

Czitrovszky A., Hámori A., Kiss Á., Pogány L.: Nagyfelbontású lézer-interferometrikus felületvizsgáló berendezés a nanotechnológia szolgálatában

Barna Á., Menyhárd M.: Ionbombázás és nanotechnológia

Kónya Z., B. Nagy J., Kiricsi I.: Szén nanocsövek előállítása és alkalmazásai

Biró L. P.: Újszerű szén nanocső architektúrák

Beke D., Erdélyi Z., Szabó I., Cserháti Cs., Langer G., Daróczi L.: Diffúzió nanoskálán

Guczi L.: Fém nanorészecskék katalitikus tulajdonságai

Dékány I.: Nanoszerkezetű anyagok és a kolloid állapot

Kálmán E., Csanády A.: Nanoszerkezetű bevonatok

Vámosi Gy., Bodnár A., Győrffi M., Bene L., Damjanovich S.: Nanotechnológia a biológiában

http://www.matud.iif.hu
A Magyar Tudományos Akadémia folyóiratának (Magyar Tudomány) honlapja. Innen letölthetők a Magyar Tudomány cikkei, köztük a 2003-as év októberi száma, amely teljes egészében a nanotudományokról, nanotechnológiában elért eredményekről szól.

http://www.mfa.kfki.hu
A Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet honlapja. Ezen az oldalon megtalálhatók a magyar tudományos élet eredményei, így a nanotudományban elért eredmények is.

http://www.almaden.ibm.com/vis/stm/library.html#ref2
Az IBM nanotechnológiában elért eredményei. (angol)

http://consult.ccs.ornl.gov/vizlab/nanomotor.html
Lézervezérlésű nanomotort bemutató honlap. (angol)

http://www.iop.org/EJ/journal/0957-4484
Itt a nanotechnológiákról kaphatunk naprakész információkat. (angol)

http://snl.mit.edu/
Űrkutatásban alkalmazott nanotechnológiák. (angol)

http://www.elsevier.com/locate/photonics
A neves kiadó, az Elsevier lapjáról nanoszerkezetekkel foglalkozó cikkeket tölthetünk le. (angol)

http://unisci.com/stories/20022/0516021.htm
Egy érdekes cikk arról, hogy hogyan állítottak elő nanomotort egyetlen DNA-molekulából. (angol)

http://www.pa.msu.edu/cmp/csc/nanotube.html
Itt mindent megtudhatunk a nanocsövekről, jó kiindulópont akkor is, ha ebbe a témába jobban el akarnánk mélyedni. (angol)

http://www.personal.rdg.ac.uk/~scsharip/tubes.htm
Minden, amit a szén nanocsövekről ma tudunk. (angol)

A nanotudományt, a nanotechnológiát a számítógépek miniatürizálásának határai indították útjára. Ám hamarosan kiderült, hogy az új utak keresésében szinte minden természettudomány összefogására szükség van a számítástudománytól kezdve a fizikán, kémián át az élettudományokig és a védelmi kutatásokig, azaz az egyik leginkább multidiszciplináris tudományterület jött létre. A nanotudomány a néhány atomi méretű mesterséges szerkezetek tulajdonságait és gyártási módját kutatja. Szeretné ellesni például a természettől a növények növekedésének titkát, hogy felhasználja mesterséges érzékelők, intelligens eszközök létrehozására. Ilyen eszköz lehet többek között a sebesülést automatikusan kezelő-gyógyító katonai uniformis vagy az emberi testbe beépített intelligens orvosságadagoló. Az eredmények jelentős hatással lehetnek az emberiség energiagondjainak kezelésére is, a "fenntarthatóságra", a reciklizáló életformára.

I. Bevezetés

Az emberiségnek mindig is vágya volt meglátni a láthatatlant. A "meglátást" az ember a 20. századra már nem találta kielégítőnek: alakítani és használni is szeretné a mikrovilág jelenségeit, az arra épülő eszközöket. Ez indította el a mikro- és az annál ezerszer kisebb méretű nanovilág vizsgálatának, alakításának, eszközeinek megvalósítását.

II. A nanotudomány motivációja

Az emberiség új korszakát a számítástudomány és annak alapeszközei, a mikroelektronika, az adatrögzítő eszközök egymással kiegyenlített fejlődése hozta létre. A miniatürizáció trendje hihetetlenül nagy húzóerővé vált a tudomány és a technológia sok-sok ágában. A terület fontosságát az is magyarázza, hogy az emberiség létszáma és az abból eredő energiagondok elkerülhetetlenné teszik valamennyi termelési-fogyasztási folyamat újragondolását.

III. A nanotudomány elvei

A nanovilág jelenségeit nem elég meglátni, megtapasztalni: a felhasználásukhoz meg is kell találni azokat a módszereket, amelyekkel létre lehet hozni, majd később tudatosan "gyártani" tudjuk a nanoméretű eszközöket. A nanotudomány módszerei részben a fizikában, részben a kémiában, sőt a biológiában használt eljárásokból fejlődtek ki.

IV. A nanotudomány területei

A kiindulópontot ebben az esetben is a számítástechnika, számítástudomány növekvő igényei jelentették. Hamarosan felismerték azonban, hogy a kémia és a biológia (orvostudomány) legalább ugyanilyen jelentőségű feladatokat tud megfogalmazni a nanotudomány számára. Az előadásnak ez a része példákat mutat be a tudományág nemzetközi és hazai eredményeiből.

V. Hová tartunk? Vízió és valóság

Mit tanulhatunk az élővilágtól? Hol van az élettudományokban forgó mozgás? Lesznek-e, és ha igen, hogyan működnek majd a mesterséges nanomotorok? Az első eredmények: az ATPase motor és egy csodálatos minta, az E. Coli baktérium csillója.

VI. A nanotudomány gondjai

Hogy a nanotudomány eredményei az emberi "termelés" feltételeit és követelményeit is kielégítsék, még sok akadályt kell leküzdeni.

VII. A 21. századi emberiség missziója

A 21. század tudományának ki kell dolgoznia az emberiség fennmaradásának módszereit, a zárt ciklusú termelési-fogyasztási szisztémát. A nanotudománynak minden bizonnyal fontos szerep jut ezen a területen.

coli baktérium Föld fullerén interferencia Moore szabály nanotechnológia spin szupravezető

Az előadáshoz kapcsolódó előadások:

Nano, a legkisebb részlet (riportműsor, 2011.06.21)

Magunkon kívül… (riportműsor, 2011.06.07)

Nanocsodák mozgásban - a mobil interaktív nanotechnológiai kiállítás (előadás, 2011.05.30)

Nem csak térkép e táj ... (riportműsor, 2011.04.19)

Bársony István, Gyurcsányi E. Róbert, Kellermayer Miklós, Kovács Ilona, Lévai Balázs, Pajkossy Tamás: Nanotechnológia a mindennapokban (kerekasztal, 2011.03.20)

Mihály György: Enciklopédia egy tű hegyén? – Napjaink nanotechnológiája (előadás, 2011.03.11)

Hátraugró

elő- adások

riport- filmek

kerek- asztalok

agrártudomány

multidiszciplináris agrártudományok (1)

erdészeti és vadgazdálkodási tudományok (0)

élelmiszertudományok (0)

állattenyésztési tudományok (0)

állatorvosi tudományok (2)

növénytermesztési és kertészeti tudományok (1)

bölcsészettudomány

nevelés és sporttudományok (0)

filozófiai tudományok (3)

nyelvtudományok (3)

irodalomtudományok (6)

történelemtudományok (8)

pszichológiai tudományok (6)

multidiszciplináris bölcsészettudományok (3)

média- és kommunikációs tudományok (0)

vallástudományok (0)

művészeti és művelődéstörténeti tudományok (2)

néprajz és kulturális antropológiai tudományok (1)

hittudomány

hittudomány (4)

műszaki tudomány

anyagtudományok és technológiák (2)

építészmérnöki tudományok (0)

villamosmérnöki tudományok (1)

építőmérnöki tudományok (1)

gépészeti tudományok (1)

multidiszciplináris műszaki tudományok (1)

katonai műszaki tudományok (0)

agrár-műszaki tudományok (0)

informatikai tudományok (6)

vegyészmérnöki tudományok (0)

közlekedéstudományok (1)

művészet

színházművészet (0)

építőművészet (3)

film- és videoművészet (0)

multimédia (0)

tánc- és mozdulatművészet (0)

zeneművészet (2)

képzőművészet (0)

iparművészet (0)

orvostudomány

egészségtudományok (4)

klinikai orvostudományok (12)

elméleti orvostudományok (5)

gyógyszertudományok (3)

multidiszciplináris orvostudományok (7)

társadalomtudomány

közgazdaságtudományok (10)

gazdálkodás- és szervezéstudományok (0)

állam- és jogtudományok (4)

multidiszciplináris társadalomtudományok (4)

hadtudományok (1)

politikatudományok (1)

szociológiai tudományok (2)

természettudomány

matematika- és számítástudományok (8)

fizikai tudományok (22)

multidiszciplináris természettudományok (27)

környezettudományok (11)

biológiai tudományok (17)

földtudományok (3)

kémiai tudományok (4)

Egyéb

Tudományos blogok

UAntry, avagy uniós hatalmi viszonyok az ukrán csatlakozás után

Kóczy játékelmélet blogja

Feb 1, 2024 | 22:33 pm

UAntry, avagy uniós hatalmi viszonyok az ukrán csatlakozás után

Zárt ajtók mögött az esetleges ukrán csatlakozás révén növekvő amerikai befolyásra figyelmezetett Orbán Viktor a Telex cikke szerint: Az ukrán csatlakozás révén a Baltikumtól Lengyelországon és Ukrajnán át akár Romániáig tartó, az Egyesült Államokhoz húzó blokk jönne létre, ami uniós[…]

Célkeresztben a Körvasút

Kóczy játékelmélet blogja

May 7, 2023 | 15:44 pm

A Déli Körvasút ötlete egyidős Budapesttel: összekötni a számtalan kisebb-nagyobb pályaudvart, hogy átszállás nélkül lehessen Vácról Pécsre, Győrről Szolnokra, vagy Debrecenből Siófokra jutni. Mint Vitézy Dávid írásából kiderül, az ötlet lassan a megvalósulás útjára léphet, konkrét tervek vannak: a fejlesztés[…]

Hálózatok a kutyaagyban

EBológia

Apr 5, 2023 | 05:06 am

A cikk a Qubit számára íródott.Közel három évtizede foglalkozunk azzal az ELTE Etológia Tanszéken, hogy hogyan gondolkodnak a kutyák. Ma már nem csak a viselkedésükből következtethetünk erre, hanem az agyi aktivitásuk vizsgálatából is. Az fMRI (funkcionális mágneses rezonancia képalkotás) segítségével[…]

Rövidebb orrú kutyákkal könnyebb "szemezni"

EBológia

Feb 8, 2023 | 19:19 pm

English text belowA szemkontaktusnak alapvető szerepe van az emberi kommunikációban és kapcsolatokban. Amikor beszélgetés során egymás szemébe nézünk, jelezzük, hogy figyelünk egymásra. „Szemezni" azonban nemcsak emberekkel, de négylábú társainkkal is szoktunk. Az ELTE etológusainak új kutatása szerint a rövid orrú,[…]

MTA hírek

Érdekességek

Lendület program

A Magyar Tudományos Akadémia elnöke 2009. januárjában felhívást tett közzé annak érdekében, hogy kimagasló teljesítményű fiatal kutatóknak lehetőséget teremtsen az MTA kutatóintézeteiben új kutatócsoportok létrehozására. A kezdeményezés célja, hogy haza csábítsa a jelenleg külföldön dolgozó, már jelentős eredményeket elért magyar kutatókat, illetve itthon tartsa a legkiválóbbakat, hogy akadémiai intézetek kutatócsoportjainak vezetőiként a következő években nemzetközileg is meghatározó, ígéretes kutatási programokkal növelhessék az egyes kutatóintézetek és Magyarország versenyképességét.

A matematikus is ember…

Legalábbis ez derült ki a Tardos Gábor matematikussal, a Lendület program egyik nyertesével készült beszélgetésből. A digitális kódok újszerű megalkotója szereti a Harry Pottert, ráadásul a fia gyakran győzedelmeskedik felette a különböző logikai játékokban.

A véletlenek sorsformáló szerepe

A tüskevári hangulatban eltöltött gyermekkori nyarak jó alapot adtak a később orvoskutatóként is nevet szerző Buday Lászlónak, aki a Lendület program keretében a növekedési faktorok jelátviteli pályáit kutatja, magánemberként pedig a finom halászlét kínáló éttermeket.

Egy négydimenziós ember fánkja...

Interjú Stipsicz András matematikussal, a Lendület program nyertesével arról, hogy miben segítheti a Lendület program a matematikusokat, miért érdekes és miért lehet hasznos a többdimenziós felületek kutatása.

Kooperatív játékelmélet?

„Én azt szeretem, ha egy kérdésre ki lehet hozni egy nagyon egyszerű, nagyon világos választ, úgy, hogy a kettő közötti út esetleg nem nyilvánvaló.”

Interjú Kóczy Á. László matematikus-közgazdásszal, a Lendület program nyertesével

fiókosdoboz