Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 38 – vyšlo 22. října, ročník 8 (2010) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

38/2010

Udělení Nobelovy ceny za fyziku pro rok 2010

Petr Kulhánek

UhlíkUhlík – Carboneum, chemický prvek, tvořící základní stavební kámen všech organismů. Sloučeniny uhlíku jsou jedním ze základů světové energetiky, kde především fosilní paliva jako zemní plyn a uhlí slouží jako energetický zdroj pro výrobu elektřiny a vytápění, produkty zpracování ropy jsou nezbytné pro pohon spalovacích motorů a silniční dopravu. Výrobky chemického průmyslu na bázi uhlíku jsou součástí našeho každodenního života ať jde o plastické hmoty, umělá vlákna, nátěrové hmoty, léčiva a mnoho dalších. není jen základním stavebním kamenem lidského organizmu. V přírodě se vyskytuje v mnoha podobách (tuhaGrafit – forma uhlíku s atomy tvořícími, podobně jako led, šestiúhelníkovou krystalovou mříž. Atomy v jedné rovině jsou propojeny v pravidelné šestiúhelníky do tvaru připomínajícího včelí plástve. Tyto roviny jsou pak řazeny nad sebou tak, že tři uzlové body (atomy) sousedních vrstev krystalové mříže jsou právě nad geometrickými středy šestiúhelníků sousední vrstvy a tři jsou v zákrytu. Vzdálenost mezi vrstvami je 0,336 nm, strana šestiúhelníku 0,2464 nm, hustota grafitu je 2,26 g/cm³., diamantDiamant – forma uhlíku s plošně centrovanou kubickou (diamantovou) krystalovou mříží. Sousední vazby (tzv. σ vazby) svírají úhel 109°28′ a jejich délka je 0,154 nm.  Za normálních podmínek je teplota tání 3 500 °C, hustota 3,51 g/cm³ a index lomu n = 2,417. Je-li dotován kyslíkovými ionty, stane se polovodičem typu n., amorfníAmorfní látka – látka, u které chybí pravidelné uspořádání atomů, rentgenovou difrakcí u této látky získáme pouze difúzní obrazec, svědčící o nahodilém uspořádání bez pravidelné struktury. uhlík) a další formy uhlíku se lidé naučili připravovat uměle (fullerenFullereny – sférické struktury tvořené atomy uhlíku, rozměr této obří molekuly je kolem 0,7 nm. Nejdůležitější z fullerenů jsou C₆₀, C₅₀ a C₇₀ obsahujících 60, 50 a 70 atomů uhlíku. Fullereny za normálních podmínek sublimují při teplotách nad 500 °C. Fullereny jsou pojmenovány po americkém architektu Buck­min­ste­ro­vi Fullerovi, který stavěl kopule podobného tvaru. Za objev fullerenů získali Nobelovu cenu za chemii v roce 1996 Robert Curl, Harold Kroto a Richard Smalley., nanotrubičky, nanopěna). V roce 2004 se podařilo Andreji Geimovi a Konstantinu Novoselovovi připravit další, zcela revoluční formu uhlíku – grafenGrafen – jedna z mnoha forem uhlíku. Jde o atomární monovrstvu či dvojvrstvu složenou z pravidelných šestiúhelníků, která má mimořádnou pevnost a vysokou elektrickou i tepelnou vodivost. Má revoluční využití v elektro­tech­nice a jiných oborech. Grafen poprvé připravili v roce 2004 Andrej Geim a Konstantin Novoselov. Za svůj objev získali Nobelovu cenu za fyziku pro rok 2010.. Nová fáze uhlíku na první pohled připomíná jednu vrstvu obyčejné tuhy – rovinu složenou z šestiúhelníků, v jejichž vrcholech jsou atomy uhlíku. Vlastnosti takové monovrstvy jsou ale zcela výjimečné. Je mimořádně pevná a má unikátní chování, které ji předurčuje pro využití v elektrotechnickém průmyslu a dalších odvětvích lidské činnosti. O grafenu samotném jsme informovali v AB 8/2008 a AB 26/2009, o dalších zajímavých formách uhlíku v AB 25/2004. Za přípravu grafenu získali Andrej Geim a Konstantin Novoselov Nobelovu cenuNobelova cena – je udílena švédskou Královskou akademií věd jednou ročně v pěti kategoriích: za fyziku, chemii, fyziologii a medicínu, literaturu a za úsilí o mír. Cena je hrazena z Nobelovy nadace, kterou založil Alfréd Nobel, vynálezce dynamitu, v roce 1895. První cena za fyziku byla udělena v roce 1901 Wilhelmu Roentgenovi za objev rentgenového záření. Hodnota Nobelovy ceny se mění, v roce 2021 činí 10 milionů švédských korun, tj. 25 milionů českých korun. Uděluje se vždy 10. prosince při výročí smrti Alfreda Nobela. za fyziku pro rok 2010. Švédská královská akademie vydala u příležitosti udělení Nobelovy ceny brožurku vysvětlující vlastnosti grafenu.

Medaile předávaná při udělení Nobelovy ceny

Nobelova cena – je udílena švédskou Královskou akademií věd jednou ročně v pěti kategoriích: za fyziku, chemii, fyziologii a medicínu, literaturu a za úsilí o mír. Cena je hrazena z Nobelovy nadace, kterou založil Alfréd Nobel, vynálezce dynamitu, v roce 1895. První cena za fyziku byla udělena v roce 1901 Wilhelmu Roentgenovi za objev rentgenového záření. Hodnota Nobelovy ceny se mění, v roce 2021 činí 10 milionů švédských korun, tj. 25 milionů českých korun. Uděluje se vždy 10. prosince při výročí smrti Alfreda Nobela. Uhlík – Carboneum, chemický prvek, tvořící základní stavební kámen všech organismů. Sloučeniny uhlíku jsou jedním ze základů světové energetiky, kde především fosilní paliva jako zemní plyn a uhlí slouží jako energetický zdroj pro výrobu elektřiny a vytápění, produkty zpracování ropy jsou nezbytné pro pohon spalovacích motorů a silniční dopravu. Výrobky chemického průmyslu na bázi uhlíku jsou součástí našeho každodenního života ať jde o plastické hmoty, umělá vlákna, nátěrové hmoty, léčiva a mnoho dalších. Grafen – jedna z mnoha forem uhlíku. Jde o atomární monovrstvu či dvojvrstvu složenou z pravidelných šestiúhelníků, která má mimořádnou pevnost a vysokou elektrickou i tepelnou vodivost. Má revoluční využití v elektro­tech­nice a jiných oborech. Grafen poprvé připravili v roce 2004 Andrej Geim a Konstantin Novoselov. Za svůj objev získali Nobelovu cenu za fyziku pro rok 2010.

Ze zprávy ČTK (5. 10. 2010)

Letošní Nobelova cenaNobelova cena – je udílena švédskou Královskou akademií věd jednou ročně v pěti kategoriích: za fyziku, chemii, fyziologii a medicínu, literaturu a za úsilí o mír. Cena je hrazena z Nobelovy nadace, kterou založil Alfréd Nobel, vynálezce dynamitu, v roce 1895. První cena za fyziku byla udělena v roce 1901 Wilhelmu Roentgenovi za objev rentgenového záření. Hodnota Nobelovy ceny se mění, v roce 2021 činí 10 milionů švédských korun, tj. 25 milionů českých korun. Uděluje se vždy 10. prosince při výročí smrti Alfreda Nobela. za fyziku patří vědcům Andreji Geimovi a Konstantinu Novoselovovi za průkopnické experimenty s grafenemGrafen – jedna z mnoha forem uhlíku. Jde o atomární monovrstvu či dvojvrstvu složenou z pravidelných šestiúhelníků, která má mimořádnou pevnost a vysokou elektrickou i tepelnou vodivost. Má revoluční využití v elektro­tech­nice a jiných oborech. Grafen poprvé připravili v roce 2004 Andrej Geim a Konstantin Novoselov. Za svůj objev získali Nobelovu cenu za fyziku pro rok 2010., formou uhlíkuUhlík – Carboneum, chemický prvek, tvořící základní stavební kámen všech organismů. Sloučeniny uhlíku jsou jedním ze základů světové energetiky, kde především fosilní paliva jako zemní plyn a uhlí slouží jako energetický zdroj pro výrobu elektřiny a vytápění, produkty zpracování ropy jsou nezbytné pro pohon spalovacích motorů a silniční dopravu. Výrobky chemického průmyslu na bázi uhlíku jsou součástí našeho každodenního života ať jde o plastické hmoty, umělá vlákna, nátěrové hmoty, léčiva a mnoho dalších., která skýtá široké možnosti využití v elektronice. Oba vědci původem z Ruska působí v Británii na Manchesterské univerzitě. Geim má nizozemské občanství, Novoselov má občanství britské i ruské. Oba se narodili v Rusku, kde také zahájili vědeckou kariéru. Novoselov je nejmladším laureátem Nobelovy ceny za fyziku od roku 1973. Oba vědci si cenu dotovanou deseti miliony švédských korun (zhruba 26 milionu korun českých) převezmou na slavnostní ceremonii předávání Nobelových cen dne 10. prosince, v den 114. výročí úmrtí zakladatele ocenění, švédského chemika Alfreda Nobela.

GrafenGrafen – jedna z mnoha forem uhlíku. Jde o atomární monovrstvu či dvojvrstvu složenou z pravidelných šestiúhelníků, která má mimořádnou pevnost a vysokou elektrickou i tepelnou vodivost. Má revoluční využití v elektro­tech­nice a jiných oborech. Grafen poprvé připravili v roce 2004 Andrej Geim a Konstantin Novoselov. Za svůj objev získali Nobelovu cenu za fyziku pro rok 2010. je nejtenčí a přitom nejpevnější známý materiál, má perspektivní využití v elektronice, kupříkladu při výrobě počítačových prvků, či v oblasti nanotechnologiíNanotechnologie – obor zabývající se aplikováním výsledků nanofyziky. Zkoumá možnosti, jak vytvářet zařízení molekulových rozměrů a jak manipulovat s jednotlivými atomy tak, aby se dosáhlo žádaných vlastností. Protože u zařízení vyrobených pomocí nanotechnologie můžeme jejich činnost předurčit polohou a druhem jednotlivých atomů, můžeme dosáhnout maximální účinnosti, efektivity a výkonu, při dodržení malých rozměrů.. Experimenty s grafenem by mohly vést k vývoji nových materiálů a k výrobě elektronických prvků nových vlastností. Grafen tvoří extrémně tenká síť z jediné vrstvy atomů uhlíku uspořádaných do tvaru šestiúhelníků. Unikátní vlastnosti jej předurčují k výrobě nových tranzistorů, mikroprocesorů, pamětí, displejů a fotovoltaickýchFotovoltaický jev – vznik elektrického napětí při dopadu světla na rozhraní dvou materiálů. Jevu lze využít ke konstrukci fotovoltaického článku. Fotovoltaický jev objevil v roce 1839 Alexandr Edmond Becquerel (1820–1891) spolu se svým otcem Antoine Césarem Becquerelem (1788–1878). článků. Grafen je průhledný a dobře vodivý, proto je vhodný při výrobě průhledných dotykových obrazovek, světelných panelů a solárních článků.

Existence jednovrstvé formy uhlíku a její vlastnosti byli předpovězeny již dříve. Geim a Novoselov byli první, kdo tuto formu uhlíku připravili a ověřili její unikátní vlastnosti. Vědci grafenGrafen – jedna z mnoha forem uhlíku. Jde o atomární monovrstvu či dvojvrstvu složenou z pravidelných šestiúhelníků, která má mimořádnou pevnost a vysokou elektrickou i tepelnou vodivost. Má revoluční využití v elektro­tech­nice a jiných oborech. Grafen poprvé připravili v roce 2004 Andrej Geim a Konstantin Novoselov. Za svůj objev získali Nobelovu cenu za fyziku pro rok 2010. získali z obyčejné tuhyGrafit – forma uhlíku s atomy tvořícími, podobně jako led, šestiúhelníkovou krystalovou mříž. Atomy v jedné rovině jsou propojeny v pravidelné šestiúhelníky do tvaru připomínajícího včelí plástve. Tyto roviny jsou pak řazeny nad sebou tak, že tři uzlové body (atomy) sousedních vrstev krystalové mříže jsou právě nad geometrickými středy šestiúhelníků sousední vrstvy a tři jsou v zákrytu. Vzdálenost mezi vrstvami je 0,336 nm, strana šestiúhelníku 0,2464 nm, hustota grafitu je 2,26 g/cm³.. Každý, kdo něco psal obyčejnou tužkou, zanechal možná na papíru jednu vrstvu atomů – grafen. Elektrony se ve vrstvě grafenu pohybují relativně volně, nenarážejí na žádný odpor jiných částic. Grafen proto může být supravodičemSupravodivost – supravodivost objevil v roce 1911 Kamerlingh-Onnes, který zjistil, že při ochlazení rtuti pod teplotu 4,2 K dochází k prudkému poklesu elektrického odporu až na milióntinu původní hodnoty. Za tento objev obdržel v roce 1913 Nobelovu cenu za fyziku, ale ještě dlouho trvalo, než se podařilo vysvětlit, proč se elektrony v ochlazeném materiálu pohybují bez odporu.. V určitém stavu při pohybu dvou grafenových vrstev proti sobě nevzniká tření. Grafen je nejpevnějším známým materiálem, výborným vodičem elektrického proudu, nejlepším známým vodičem tepla a je propustný pro světlo.

Krystalická mříž grafenu

Krátce z historie grafenu (AB 26/2009)

Rok	Popis	Instituce
2004	Grafen byl poprvé vyroben a jeho vlastnosti tak mohly být zkoumány experimentálně. Ve stejném roce byl demonstrován princip polem řízeného tranzistoru vyrobeného z grafenu.	University of Manchester, Institute for Microelectronics Technology (Černogolovka, Rusko)
2007	Prokázána nastavitelná šířka zakázaného pásu dvojvrstvé grafenové struktury.	Universidade do Porto, University of Manchester a další
2008	Vyroben polem řízený tranzistor pracující na frekvenci 26 GHz.	Laboratoře IBM
2008	Grafen lze změnit z velmi dobrého vodiče v izolant pomocí dopování vodíkem.	University of Manchester
2009	První logický obvod – invertor pracující na frekvenci 10 kHz.	L-NESS (Miláno, Itálie)
2010	Andrej Geim a Konstantin Novoselov získali za přípravu a výzkum grafenu Nobelovu cenu za fyziku.	Švédská královská akademie

Andrej Konstantinovič Geim (1958)

Andrej Geim (1958)

Geim je holandsko-ruský fyzik, který obdržel spolu s Konstantinem Novoselovem Nobelovu cenu za fyziku pro rok 2010 za průkopnický objev grafenu, průhledné dvojrozměrné formy uhlíku. Grafen je nejpevnějším známým materiálem, je výborným vodičem elektrického proudu a nejlepším známým vodičem tepla. Jeho vlastnosti ho předurčují pro nové technologie v elektronice, fotovoltaice i jiných odvětvích lidské činnosti. Jeho objev je přirovnáván k revoluci způsobené objevem plastů. Andrej Geim se narodil v říjnu 1958 v ruské Soči, má však nizozemské občanství. V roce 1987 získal doktorský titul na Institutu fyziky pevných látek Ruské akademie věd. V následujících letech pracoval jako výzkumník v ruském Institutu mikroelektronických technologií. Počátkem 90. let absolvoval stáže na univerzitách v Nottinghamu, Bathu a Kodani. V letech 1994 až 2000 byl profesorem na univerzitě v nizozemském Nijmegenu. Od roku 2001 působí na univerzitě v Manchesteru.

Konstantin Sergejevič Novoselov (1974)

Konstantin Sergejevič Novoselov (1974)

Novoselov je britsko-ruský fyzik, který obdržel spolu s Andrejem Geimem Nobelovu cenu za fyziku pro rok 2010 za průkopnický objev grafenu, průhledné dvojrozměrné formy uhlíku. Grafen je nejpevnějším známým materiálem, je výborným vodičem elektrického proudu a nejlepším známým vodičem tepla. Jeho vlastnosti ho předurčují pro nové technologie v elektronice, fotovoltaice i jiných odvětvích lidské činnosti. Jeho objev je přirovnáván k revoluci způsobené objevem plastů. Novoselov je v současnosti profesorem na Manchesterské univerzitě, kam následoval svého učitele Andreje Geima. Oba vědci zahájili dlouholetou spolupráci v oblasti nanostruktur v Holandsku. Doktorát Novoselov získal v roce 2004 na Nijmegenské univerzitě (Nizozemsko). Svou vědeckou kariéru ale nastartoval v Rusku, kde vystudoval Moskevský fyzikálně technický institut. Narodil se v Nižním Tagilu v Rusku. Kromě ruského má i britské občanství.

Klip týdne: Grafen

Grafen.  Grafen je průhlednou formou uhlíku, která byla objevena v roce 2004 Andrejem Geimem a Konstantinem Novoselovem z Manchesterské univerzity. Za tento objev získali oba vědci Nobelovu cenu za fyziku pro rok 2010. Grafen je tvořen jednovrstvou krystalickou mříží z šestiúhelníků, v jejichž vrcholech jsou atomy uhlíku. Jde o nejpevnější známý materiál s vysokou elektrickou vodivostí a zatím nejvyšší známou tepelnou vodivostí. V klipu si prohlédněte některé předpokládané aplikace tohoto unikátního materiálu. Odborníci se domnívají, že grafen změní náš svět podobným způsobem, jako to kdysi učinil objev umělých hmot (plastů). Zdroj YouTube, 2010. (avi/xvid/mp3, 8 MB)

Odkazy