Forrás: BBC

A múltkori poszthoz írott kommetjében Bandee egyrészt rámutatott arra, hogy az önreprodukáló nanoszerkezetek egyelőre pusztán a science fiction keretein belül értelmezhetőek, másrészt felemlítette az egészségügyi-gyógyászati alkalmazások lehetőségét. Szimatoljuk körül egy kicsit talán ezt a területet is.

 Előre bocsátom, hogy fizikusként a témaválasztással igencsak ingoványos talajra tévedtem, ne habozzatok hát a kommentekben kijavítani, ha valamit rosszul mondanék. 

 Képzeljük el, hogy rákot diagnosztizálnak valakinél. Manapság egy ilyen diagnózis meglehetősen letaglózza a pacienst, jóllehet rengeteg múlik a részleteken: pontosan miféle rákot és milyen stádiumban fedeztek fel a szervezetében. A lehetséges előrejelzések a majdnem száz százalékos esélyű gyógyulástól egészen a majdnem biztosan végzetes kimenetelig terjednek. S most képzeljük el, hogy a jövőben, mindössze pár évtizednyire napjainktól ugyanaz a diagnózis nem rendíti jobban meg a beteget, mint manapság az, ha a fogorvos közli: azt a fogat bizony be kell tömni. 

Vírus kvantumdobozban Forrás: Romero-Isart et al., arXiv:0909.1469

 Itt a nanoblogon már megemlékeztünk egyszer a fizika históriájának legboldogtalanabb háziállatáról, Schrödinger macskájáról. Az állatvédők lecsillapítása érdekében fontosnak tartottuk leszögezni, hogy a kockázatos kísérletet nem végezték el és nem is készülnek elvégezni, mert lehetetlen.

 Öööö.... nos. Reméljük, harcias vírusvédők nem olvasnak bennünket, mert Romero-Isart és munkatársai Ignacio Cirac kutatócsoportjában egy ma megjelent preprint szerint komolyan foglalkoznak a Schrödinger-féle gedanken experimente megvalósításán – egyelőre vírusokkal. Az ambíciózus projekt távlati célja –a szerzők saját szavai szerint– olyan alapvető kérdések kísérleti vizsgálata, mint például az élet és a tudat szerepe a kvantumelméletben, illetve a kvantumelmélet különböző interpretációi (koppenhágai ill. a „sok világ” értelmezés) közötti különbségek mibenléte. 

 A kvantumszámítógép és a kódtörés kapcsán a katonaság már egyszer keresztbe tette bakancsos lábát a nanotechnológia békés fejlődésének ösvényén. Járjuk most egy kicsit jobban körül, mi módon változtatná meg a fejlett nanotechnológia a hadviselés jelenleg ismert módozatait! 

 Amint azt a népszerűsítő művekből, de akár számítógépes játékokból is ismerjük, századunk második felének katonája -hála a nanotechnológiának- testhezálló, könnyű, de szupererős harci öltözetet visel. Ez az öltözet nemcsak golyóálló mellényként szolgál, de folyamatosan ellenőrzi a harcos környezetét, biológiai és vegyi támadásokat detektál és hárít el, fél szemét viselője élettani jellemzőin tartja, szükség esetén elsősegélyt nyújt, és persze állandó kapcsolatban van a parancsnoksággal. Viselőjének erejét megsokszorozza, így a jövő harcosa könnyedén szökken a többméteres fal tetejére, és akár egy kisebb gépjárművet is felemel. És több színben is kapható. Hát nem csodálatos? Egy frászt!

A nanoblog kollektívája nem kíván kandidálni a „Felesleges Munka Hőse” elismerésre, ezért az olvasók példáját követve egy emberként elvonul nyaralni. Mottó: ilyenkor a fű sem nő. (Ha mégis, nem nézünk oda.) Folytatás úgy két-három hét múlva.

 Érdekes témával kezdjük egyébként az őszi félévet, úgyhogy érdemes visszanézni. Addig is: a kommentek, javaslatok egyáltalán nem zavarnak az írásban, tényleg.

 Kellemes nyaralást mindenkinek!

 A múltkor hosszan elidőztünk Schrödinger macskájának, ennek a keserű sorsú házikedvencnek a történeténél. Hja, Arany Jánostól tudjuk, hogy tudós macskájának lenni nem egy életbiztosítás. S a múltkor már nem is mertem elárulni: nem elég, hogy szuperponálják a cirmit önnön kihűlt porhüvelyével, de Geszti Tamás professzor egész komolyan foglalkozik a cirmos incidens utáni lepárlásának lehetőségével. Brrr.

 Kvantumszámítógép - kevés (hipotetikus) tudományos vívmányról írtak annyi érdekességet és hordtak össze annyi zöldséget, mint a kvantumszámítógépről. A valaha volt legnagyobb informatikai áttörés, avagy humbug, a modern alkimisták aranya? Mindenki derítse ki maga, itt igyekszünk csak a konkrétumokat elészámlálni. Dilbert mindenestre már döntött. 

Forrás: wikipedia

Tudvalevő, hogy a klasszikus digitális számítógépek adategysége a (klasszikus) bit, mely két értéket vehet fel: 0-t, illetve 1-et. A kvantumszámítógép kvantumbitje, amit qbitnek is szoktak rövidíteni, ezzel szemben végtelen sok értéket vehet fel: a 0 és 1 állapotok tetszőleges komplex szuperpozícióját. Vagy, ha képzeletben a Földgömbre vetítjük a problémát, akkor azt mondhatjuk, hogy míg a klasszikus bit vagy az Északi Sark, vagy a Déli Sark értéket veheti fel kizárólagosan, addig a kvantumbit a Földgömb tetszőleges pontjára mutathat, ugye mekkora előrelépés? — mondja valahány botcsinálta bociszemű népművelő. Ez minden? — kérdezhetné akárhány villamosmérnök, s a zsebében véletlenül kinyílt bicskájával tűntetőleg piszkálni kezdené a körmét. — Hiszen ezt bármilyen analóg számítógép utánatok csinálja, fillérekért! Jöjjön csak közelebb, Safranek!

Forrás: TU Delft

A múltkor megismerkedtünk az egyelektron-tranzisztorok elvi alapjaival. De vajon miként lehetne egy ilyen eszközt előállítani. Nos, ha nem ragaszkodunk ahhoz, hogy rögtön többmilliárd ilyen tranzisztort tartalmazó processzort fabrikáljunk, akkor már ma is meglepően sokféleképpen készíthetünk egyelektron-tranzisztort. Ezek közül most csak a laterális félvezető kvantum dotokkal foglalkozunk részletesebben. Ezek a dotok félvezető (elsősorban gallium-arzenid) alapú heterostruktúrákban hozhatók létre: egy ilyen eszköz keresztmetszetét láthatjuk jobbra. A részletektől nagyvonalúan tekintsünk most el, azt jegyezzük meg, hogy kedvenc elektronjaink energetikai okokból csupán a pirossal jelzett tartományban mozoghatnak, se föl, se le, azaz síkban, szebben mondva két dimenzióban. Ez a nevezetes kétdimenziós elektrongáz, angol betűszóval 2DEG.

Gordon E. Moore (forrás: wikipedia)

Gordon E. Moore, az Intel egyik alapítójának a nevéhez kötik azt a tapasztalati megfigyelést, mely szerint az integrált áramkörök összetettsége körülbelül másfél évente megduplázódik. Bár a Moore-törvény eredeti formájában csupán egy tapasztalati tényt rögzített, ismertségének növekedésével egyre inkább célkitűzésként jelent meg a félvezető ipar szereplői számára. A félvezetőgyártók hatalmas energiát és pénzt fektetnek abba, hogy tartani tudják a Moore-törvény „előírta” fejlődési ütemet, mivel a versenytársak vélhetően tartani fogják azt. Könnyen ellenőrizhető, hogy amennyiben a Moore-törvény 2020-2025-ig érvényben marad, addigra a tranzisztorok néhány atom nagyságúak lesznek. Ez a nagyságrendet pedig már a kvantummechanikai jelenségek uralják. Vajon meg tudjuk-e mondani, milyen is lesz a végső tranzisztor? Hát persze, már neve is van: egyelektron-tranzisztor. 

Forrás: IBM

 A múltkori foglalkozásunk nagyon elhúzódott, de így is mára maradt néhány részlet tisztázása. Először is, a múltkor citált képen (ld. itt balra is) réz felületen —kukacoskodóknak réz (111) felületen— vasatomokat láthatunk, melyek elrendezéséből az atom szó kandzsi írásjeleit vehetjük ki. A képet az IBM Almaden Kutatóközpontjában készítették.

 A másik válasz nélkül hagyott kérdés az volt, hogy hogyan sikerült ilyen szépen elrendezni ezeket az atomokat? A helyzet az, hogy az STM (scanning tunneling microscope—pásztázó alagútmikroszkóp) tűjével fel is lehet szedni atomokat, majd máshol lerakni őket.  Mielőtt azonban elkezdenénk túlzottan lelkesedni, hozzá kell tegyük: a folyamat egyátalán nem triviális, nagyon babra munka. Az atomokkal való graffitizéshez amúgy is ultranagy vákum és alacsony hőmérséklet szükséges, különben a megrajzolt formák nem sokáig maradnak meg eredeti formájukban. Az így készített képek alá általában egy információ-morzsát nem szoktak kiírni: azt, hogy hány hétig vesződött vele a doktorandusz ill. diplomamunkás diák. Úgy tűnik pillanatnyilag, hogy nem ezzel a módszerrel fognak nanorobotokat gyártani. 

"Látni és látszani!" - ez volt az Állj! Közlekedj okosan! című rajzfilmben a Kutyus egyik sokat emlegetett alapelve (vagy Csíkos Úr mondta? most összezavarodtam). Mindegy, a lényeg, hogy bármely technológia legalapvetőbb művelete az észlelés és a mérés. Miért lenne kivétel a nanotechnológia? Egyrészt jó, ha az ember látja, hogy mit csinál éppen, másrészt ha már kész van, szeretne elgyönyörködni a látványban. (v.ö. "Évmilliókig eljár tengelyén / Mig egy kerékfogát ujítni kell.") Meg vannak ezek a kukacoskodó többiek, akik nem mindig hiszik el bemondásra, hogy mit csinált az ember fia, mégha atomi szinten is. Van is némi igazságuk, mert hiszen valljuk be, az, hogy "Képzeld, olyat manipuláltam nanoméretben, hogy csak na, itt van a zsebemben, de sajnos senki nem látja, olyan pici!" nem hangzik túl meggyőzően, őszintén szólva még régen sem ment volna el csajozószövegnek sem a helyi dizsiben. Bár a bélyeggyűjteményes sztorinál eredetibb. 

 „Nem, látjátok, nem hiába firkálok...” Ma kaptam egy igazi pozitív visszejelzést, a nanopaprika.eu szerkesztője keresett meg e-mailben. Az említett honlap egy közösségi portál, melyen a The International NanoScience Community tagjai blogolnak, fórumoznak, ismerkednek. Az angolul tudóknak mindenképp érdemes ellátogatni az oldalra.

 Jogosan merül fel a kérdés, hogy ha ilyen jól működő közösségi oldalak találhatók a neten, akkor mi szükség van erre a blogra? Nos, míg a létező tartalmak főként a szakembereknek és a nagyon tájékozott érdeklődőknek hasznosak, addig én megpróbálok kicsit felületesebben, de szélesebb közönséghez szólni. És ami talán a legfontosabb: magyarul. Az angolul nem tudó, de érdeklődő laikus ma nagyon nehezen tud a netről bármi információt szerezni a nanotechnológia vívmányairól. Érdekes adalék: a wikipedia magyar nyelvű változatán nem található "nanocső" szócikk. Tessék csak leellenőrizni! Persze a wikipedián nem néznék jó szemmel a stílusomat, ezért indítottam inkább blogot. 

 Mindenesetre a nanoparikaweb szerkesztőinek és a közösség több, mint kétezer tagjának ezúton is sok sikert és eredményes együttműködést kívánok. 

  Az 1970-es években, mikor Sir Harold Walter Kroto, FRS, Nobel-díjas (akkor még valószínűleg csak Harry Kroto) vegyész, a sussex-i egyetem kutatójaként elkezdte vizsgálni az intersztelláris poranyagot, különféle szénláncok után kutatva, még nem sejtette, hogy nemcsak a nanotechnológia egyik legígéretesebb csillagának születésénél bábáskodik, de a 2006-os Tour de France körülményeit és végeredményét készül éppen jelentősen befolyásolni. No, de haladjunk csak szép sorjában!

Az intersztelláris, azaz csillagközi por jelentős részéért az úgynevezett széncsillagok a felelősek, legalábbis a kurrens asztrofizikai elméletek szerint. Széncsillagnak nevezzük azokat a csillagokat, melyek atmoszférájában több a szén, mint az oxigén: az oxigén a szénatomok egy részével együtt szén-monoxidot alkot, míg a maradék szénatomok a rendelkezésre álló egyéb elemekkel különféle egzotikus vegyületeket alkotnak, melyeket —vegyészek nem lévén— egyszerűen koromnak nevezünk a továbbiakban. E kormot aztán az intenzív csillagszél kifújja a csillagközi térbe, az ezt vizsgáló kutatók nem kis örömére. E vegyészek közé tartozott Sir Harold is, aki a csoportjával együtt különféle, korábban a csillagközi anyagban még ki nem mutatott szénláncok (nekünk most: különleges korom) után kutatott, és szerencsésen meg is talált a 70-es évek második felében.

Forrás: wikimedia

Kroto azonban nem elégedett meg ennyivel, hanem munkatársaival együtt megpróbálták modellezni a széncsillagok légkörében lejátszódó folyamatokat, hogy jobban megérthessék a szénláncok keletkezési mechanizmusát. E munka vezetett 1985-ben a C₆₀ molekula (tkp. nanofoci, itt balra), illetve általában a fullerének, s így a szén nanocsövek felfedezéséhez. Ha pedig ma valaki öt percnél hosszabban beszél nanotechnológiáról, bajosan kerülheti csak el a nanocsövek említését.

 Mi is az a nanotechnológia, vagy nanotudomány? Az összetételben a "nano" tag a nanométer (nm) SI hosszegységre utal, ami a méter milliárdod részének (10^-9 m) felel meg. A "nano" prefixum másrészt a görög νανος (törpe) szóból veszi eredetét, így a "nanoscience" angol kifejezést talán paránytudományként magyaríthatnánk, ha már mindenáron erre vágyunk. 

 Miután etimológiailag tisztáztuk a dolgokat, meg kellene mondanunk, mi a nanotudomány tárgya,  sajátossága, megkülönböztető jegye. A nanotudomány ill. nanotechnológia egyértelműen a különféle anyagok nanométeres skálán történő átrendezésével, manipulálásával, nanométeres mérettartományba eső méretű eszközök, gépek tanulmányozásával és konstruálásával foglalkozik. Látható, hogy e tág meghatározásba beleesik a molekuláris biológiától a nanoelektronikáig számos intenzíven művelt tudományterület. A fenti meghatározást alapul véve a hagyományos vegyészet teljes egészében nanotechnológia, hiszen ha két löttyöt összeöntve valami reakció megy végbe, az már mindjárt nanotechnologia, hiszen kémiai kötések bomlanak fel és újak jönnek létre, természetesen atomi ill. molekuláris skálán, ergo manipuláltuk az anyagot nanométeres tartományban. Hát szerintem meg nem. Mindenestre nem érdemes szigorítani a defininiciót, mert  egy csomó érdekes lehetőségről is le kellene mondanunk. 

Forrás: cornell.edu

Idén decemberben lesz ötven éve, hogy Richard P. Feynman (itt balra) az Amerikai Fizikai Társulat éves találkozóján megtartotta híres előadását "There's Plenty of Room at the Bottom" ("Lenn bőven van hely") címmel. Ekkortól szokás számlálni a nanotechnológia gyorsan pergő esztendeit, és ezzel a beszéddel érdemelte ki Feynman a »nanotechnológia atyja« titulust is, jóllehet életében talán senki sem nevezte így. Hogy miről is beszélt pontosan? Hallgassuk meg őt magát!

 "Amiről beszélni akarok, az a kicsi méretű tárgyak kezelésének és irányításának problémája.

 Mihelyt ezt a témát megemlítem, az emberek rögtön a miniatürizálásról kezdenek beszélni, és hogy az manapság mennyire előrehaladt már. Beszélnek olyan elektromos motorokról, amelyeknek mérete akkora, mint a kisujjam körme. És van a piacon egy olyan szerkezet, amellyel a miatyánkot egy gombostű fejére lehet ráírni. Ez azonban mind semmi; ez a legprimitívebb, döcögő lépés [...]

Miért ne tudnánk az Encyclopaedia Britannica teljes 24 kötetének tartalmát ráírni egy gombostű fejére?"